TWI836973B - 雙絕對式編碼器組件及使用其之致動器組件 - Google Patents

Abstract

一示例性編碼器組件包含一基板、一第一編碼器、以及一第二編碼器。該基板具有二或多個位置感測器，各位置感測器設置以偵測一機械之一軸或其他旋轉部部件的旋轉位置。該第一編碼器包含該二或多個位置感測器中的至少一個第一位置感測器。該至少一個第一位置感測器配置於該基板上以與該機械之該軸或其他旋轉部部件偏軸對準。該第二編碼器包含該二或多個位置感測器中的一第二位置感測器，該第二位置感測器配置於該基板上以與該機械之該軸或其他旋轉部部件正軸或偏軸對準。各位置感測器設置以偵測不同或共同的信號類型，且該第二位置感測器的信號類型不包含光學信號。

Description

雙絕對式編碼器組件及使用其之致動器組件

本發明大致上與一絕對式編碼器相關，並且更特別相關於一個雙磁性絕對式編碼器。

編碼器在需要對電動機之速度以及/或者位置控制的產品中有廣泛種類之用途。編碼器係一種將線性機械性運動或角機械性運動轉換為一電信號之傳感器。線性編碼器可用以量測及指示一可動構件的位置。旋轉編碼器用以量測一裝置或系統中旋轉構件的角位置。在機器人系統中，舉例而言，一旋轉編碼器可用以偵測一旋轉軸的位置，該旋轉軸可被連接以移動一機械臂。絕對式編碼器因其確定實際或絕對位置之能力而在這些類型的系統中相當普及。絕對式編碼器可隨時針對其所附接元件之電動機軸的真實位置提供可靠指示。

絕對式編碼器使用在一碼盤上以二進制形式儲存的一序列位置編碼以及單個或複數個讀取該位置編碼的感測器。線性編碼器使用具有縱向平行碼軌的一長條形元件。旋轉編碼器使用具有一或多個同心碼軌的碼盤。感測器用以讀取該編碼。該感測器可使用任何光學的、磁性的、電感的、電容的、或直接接觸的方式讀取該編碼。所使用之感測器的類型可取決於應用以及/或者該系統將運行之環境。

本揭露的一示例性實施例針對一編碼器組件，包括：一基板，具有二或更多個位置感測器，各位置感測器設置以偵測一機械之一軸或其他旋轉部件的旋轉位置；一第一編碼器，包含該二或更多個位置感測器中的至少一個第一位置感測器，該至少一個第一位置感測器配置於該基板上以與該機械之該軸或其他旋轉部件偏軸對準；以及一第二編碼器，包含該二或更多個位置感測器中的一第二位置感測器，該第二位置感測器配置於該基板上以與該機械之該軸或其他旋轉部件正軸或偏軸對準，其中各位置感測器設置以偵測不同或共同的信號類型，且該第二位置感測器的信號類型不包含光學信號。

一示例性編碼器組件包括：一碼盤，設置以附接於該機械之該軸或其他旋轉部件上，其中該至少一個第一位置感測器及該第二位置感測器配置於該基板上以與該碼盤的一軸向表面平行，且其中該碼盤、該至少一個第一位置感測器、以及該第二位置感測器形成雙多匝絕對式編碼器。

一示例性編碼器組件包括：一碼盤，設置以附接於該機械之該軸或其他旋轉部件上，其中該基板包含一第一部分，設置以平行於該碼盤的一軸向表面；以及一第二部分，設置以平行於該碼盤的一徑向表面，且其中該至少一個第一位置感測器配置於該基板的第二部分，而第二位置感測器配置於該基板的第一部分。

一示例性編碼器組件包括：一碼盤，包含：一第一碼盤，配置於該機械之該軸或其他旋轉部件的空心容積內；以及一第二碼盤，設置以附接於該機械之該軸或其他旋轉部件之表面，其中該至少一個第一位置感測器配置於該基板上以偵測來自該第二碼盤的信號，且第二位置感測器配置於該基板上以與該機械之該軸或其他旋轉部件正軸對準，以偵測來自該第一碼盤的信號，且其中該至少一個第一位置感測器設置以偵測來自該第二碼盤之一軸向表面或一徑向表面的信號。

一示例性編碼器組件包括：一碼盤，包含：一第一碼盤，配置於該機械之該軸或其他旋轉部件的空心容積內；以及一第二碼盤，設置以附接於該機械之該軸或其他旋轉部件之表面，該基板包含：一第一部分，設置以平行於該第一碼盤的軸向表面；以及一第二部分，設置以平行於該第二碼盤的一徑向表面，且該至少一個第一位置感測器配置於該基板的第二部分上，以偵測來自第二碼盤的該徑向表面的信號，且該第二位置感測器配置於該基板的第一部分上以偵測來自該第一碼盤的一軸向表面的信號。

一示例性編碼器組件包括：一碼盤，包含一第一碼盤及一第二碼盤，設置以附接於該機械之該軸或其他旋轉部件的表面，其中該基板包含：一第一部分，設置以平行於該第一碼盤的一徑向表面；一第二部分，設置以平行於第二碼盤的該徑向表面；以及一第三部分，延伸於第一及第二部分之間，其中該至少一個第一位置感測器配置於基板的第一部分上以偵測來自該第一碼盤的該徑向表面的信號；該第二位置感測器配置於該基板的第二部分上以偵測來自第二碼盤的該徑向表面的信號；且電路系統安裝於基板的第三部分，且其中基板的該第一及第二部分平行於該軸之軸線且與該第三部分正交。

一示例性編碼器組件，其中至少一個第一位置感測器及該第二位置感測器嵌於基板的層中。

一示例性編碼器組件，其中該二或更多個位置感測器連接至一公用匯流排或獨立資料線，且其中，該公用匯流排及獨立資料線設置以傳達位置資料以及/或者時鐘信號以及/或者其他資料。

一示例性編碼器組件，其中該第一編碼器係一磁性式編碼器、一電容式編碼器、一電感式編碼器、或一光學式編碼器，而配置於基板上以與該機械之該軸或其他旋轉部件正軸或偏軸對準的該第二編碼器係一磁性式編碼器、一電容式編碼器、或一電感式編碼器。

連接以與一控制器組合的一示例性編碼器組件，其中：該控制器設置以基於由該二或更多個位置感測器所偵測之旋轉位置而偵測故障，以及該控制器設置以將由該二或更多個位置感測器所偵測到之該等旋轉位置進行比較，並且當所比較之旋轉位置超出一預定容忍值時，生成一故障信號。

一示例性編碼器組件，其中該基板包含連接至第一及第二編碼器的一電力電路，該電力電路設置以提供至少對抗電力突波的電路保護。

本揭露的另一示例性實施例針對一致動器組件，包括：一電動機，具有一電動機軸及與該電動機軸同軸線的一輸出軸；以及一編碼器組件，包含：一第一編碼器，設置以偏軸對準於該電動機軸；一第二編碼器，設置以正軸或偏軸對準於該電動機軸；以及一共通基板，有該第一編碼器及該第二編碼器的位置感測器安裝於其上，其中該共通基板設置以傳達來自該等位置感測器的位置資料，且其中，各位置感測器設置以偵測不同或相同的信號類型，而該第二編碼器的信號類型不包含光學信號。

一示例性致動器組件，其中，若該第二編碼器以正軸方式對準於該電動機軸，該第二編碼器包含配置於輸出軸之空心容積中的第一碼盤；而該第一編碼器包含附接於該電動機軸的表面的第二碼盤。

一示例性致動器組件，其中若該第二編碼器以偏軸方式對準於該電動機軸，該第二編碼器包含一第二位置感測器設置以偵測來自第一碼盤的一軸向表面之信號。

一示例性致動器組件，其中，該共通基板包含：一第一部分，其上安裝有該第二編碼器的第二位置感測器以偵測來自該第一碼盤的一軸向表面的信號；以及一第二部分，其上安裝有該第一編碼器的第一位置感測器以偵測來自該第二碼盤的一徑向表面的信號，且其中，該共通基板的第二部分垂直於該共通基板的第一部分。

一示例性致動器組件，其中編碼器組件包含一控制器，設置以基於由該等位置感測器所偵測之位置資料而控制該致動器組件的運行，其中該控制器安裝於該共通基板上。

一示例性致動器組件，其中控制器設置以基於由第二編碼器所偵測之該電動機軸的旋轉位置以及由第一編碼器所偵測之該輸出軸的旋轉位置而偵測故障，且其中該控制器設置以比較該電動機軸及該輸出軸的旋轉位置，並且當所比較之旋轉位置超出一預定容忍值時，生成一故障信號。

一示例性致動器組件，其中第一編碼器係一磁性式編碼器、一電容式編碼器、一電感式編碼器、或一光學式編碼器，而以正軸或偏軸對準於電動機軸的該第二編碼器係一磁性式編碼器、一電容式編碼器、或一電感式編碼器。

一示例性致動器組件，其中第一編碼器及第二編碼器係絕對式編碼器。

一示例性致動器組件，其中各位置感測器配置於該共通基板上以偵測來自相對應碼盤之一軸向表面的信號。

一示例性致動器組件，其中：該第一編碼器包含一第一位置感測器，配置於該共通基板上以偵測來自一第一碼盤徑向表面的信號；以及該第二編碼器包含一第二位置感測器，配置於該共通基板上以偵測來自一第二碼盤之一軸向表面的信號，其中該基板包含：一第一部分，其上安裝有第二位置感測器以偵測來自該第二碼盤的軸向表面的信號；以及一第二部分，其上安裝有該第一位置感測器以偵測來自該第一碼盤的徑向表面的信號。

一示例性致動器組件，其中：該第一編碼器包含一第一位置感測器，配置於該共通基板上以偵測來自第一碼盤的徑向表面的信號；該第二編碼器包含一第二位置感測器，配置於該共通基板上以偵測來自第二碼盤的徑向表面的信號，其中該共通基板包含：一第一部分，其上安裝有該第一位置感測器以偵測來自該第一碼盤的徑向表面之信號；以及一第二部分，其上安裝有第二位置感測器以偵測來自該第二碼盤的徑向表面之信號；以及延伸介於該第一及第二部分之間的一第三部分，其上安裝有編碼器電路系統，其中該基板的第一及第二部分平行於電動機軸之軸線且與該第三部分正交。

一示例性致動器組件，其中，該等位置感測器連接至連接至一公用匯流排或獨立資料線，且其中該公用匯流排及獨立資料線配置以傳達位置資料以及/或者時鐘信號以及/或者其他資料。

連接以與控制器組合的一示例性致動器組件，其中該控制器設置以基於由二或更多個位置感測器所偵測的旋轉位置而偵測故障，且其中該控制器設置以將由該二或更多個位置感測器所偵測到的旋轉位置相比較，並且當所比較之旋轉位置超出一預定容忍值時，生成一故障信號。

一示例性編碼器組件，其中該共通基板包含連接至複數個編碼器的一電力電路，該電力電路設置以提供電路保護。

一示例性雙絕對式編碼器可設置為包含二個編碼器，各編碼器具有配置於一共通基板上的旋轉位置感測器。一個編碼器可包含一位置感測器佈置（例如配置、放置、安裝）於基板上，以當該基板安裝於該電動機時相對於電動機軸而言在中心或正軸。一第二編碼器可包含一位置感測器佈置於基板上，以相對於電動機軸之軸線而言偏心或偏軸。該雙編碼器的佈置可提供較佳的解析度以及在確定該電動機軸之位置或旋轉時提供冗餘度。

圖1說明根據本揭露的一示例性實施例的致動器組件。該致動器組件100可包含具有一封件106的一致動器殼架102，一致動器輸出凸緣104旋轉於其中。該致動器輸出凸緣104包含特徵部（例如空孔）108用以將該致動器組件100的輸出端安裝至一外部附載（未示於圖中）。一空心電動機軸110與一致動器輸出軸112同軸。該空心電動機軸110具有沿該殼架102之中心軸線（X）延伸的一前端114以及一後端116。該前端114與齒輪輸入118（例如一橢圓諧波發生器之內徑）連接，以在連接該殼架102以及該電動組件的二個內栓槽（未示於圖中）之間創造縮減倍率。該致動器輸出凸緣104由一軸承120所支撐。該致動器組件100亦包含一靜子122，該靜子122固定於該殼架102之內表面且與該電動機軸110由圍繞該電動機軸110的一間隙124所隔開。

一編碼器組件126配置以偵測在電動機軸110之後端116的位置及旋轉，該電動機軸110之後端116同軸於致動器輸出軸112之末端。可配置編碼器組件126作為一絕對旋轉編碼器，其藉由一安裝托架或墊片128而至少部分地安裝或附接於該致動器組件100之靜子122以及/或者殼架102。該安裝托架128可由螺釘或螺栓130或其他如所需之合適的支撐機構牢固地附接於該致動器組件100。

如圖1所示，該編碼器組件126包含：一碼盤132A，用以產生與電動機軸110相關的位置信號；以及一碼盤132B，用以產生與致動器輸出軸112相關的位置信號，其可包含在齒輪輸入118附接至電動機軸110之處的齒輪輸出。亦包含一基板134，該基板134至少含有用以監控該電動機軸110以及致動器輸出軸112之位置的電路。 該基板134可實現成一印刷電路板、一平面3D列印材料、一彈性電路板、或任何按照需求設置以機械性支持及電性連接單一模組化板之電性元件的其他已知元件。該基板134可具有一多層構造，其中該佈線部分及元件及電路佈局符合特定效能功率以及熱特性。該基板134可包含複數個位置偵測感測器136A、136B，以偵測同軸的多條軸或其他旋轉部部件的旋轉位置，並且連接至一公用匯流排以與一控制器通訊資料。位置偵測感測器136A、136B可按照需求安裝於該基板134的表面以及/或者嵌入該基板134的內層。該位置偵測感測器136A、136B可透過使用導電軌、導電墊、導孔、及其他用以建立所需之電性連接於基板上的已知方法而彼此以電性連接以及/或者連接至基板上的其他元件及電路。位置偵測感測器136A佈置於基板134上以偵測來自碼盤132A的信號，其中該位置偵測感測器136A與該碼盤132A的組合形成一編碼器。位置偵測感測器136B佈置於基板134上以偵測來自碼盤132B的信號。該位置偵測感測器136B與該碼盤132B的組合亦形成一編碼器。

該位置偵測感測器136A、136B可為非接觸式的，且設置以透過由相聯的碼盤所發出之磁性或電感信號而偵測電動機軸110以及/或者致動器輸出軸112的位置，如圖1所示。根據此處所揭露之其他示例性實施例，該位置偵測感測器可設置以使用光學的或電容的信號發送方式，或是兩者混合。這些替代具體實施例揭露於與圖2a及2b相關之進一步的細節中。

根據本揭露之一示例性實施例，該碼盤132A以複數個交替的磁極（N、S）加以設置，該磁極提供於相對於該電動機軸110之軸線的軸向面（如圖1）或徑向表面（如圖3a）上。該位置偵測感測136A、136B可實現為霍耳效應部部件，用以分別藉由該碼盤132A、132B磁性地偵測旋轉軸的位置。位置偵測感測器136A、136B與碼盤132A、132B組合可設置作為量測該軸從啟動時的特定位置在一360°範圍的位移或旋轉的單匝絕對式編碼器。在這樣的設置下，位置偵測感測器136A、136B的輸出依電動機軸110的每公轉（revolution）或自轉（rotation）週期而重複。使用在這樣配置下的絕對式編碼器，一般對控制電動機的運行提供冗餘度以提高安全性，更精確地說，在確定電動機軸110的位置時提供冗餘度以提高安全性。根據本揭露之另一示例性實施例，編碼器組件126的一或多個編碼器可配置為多匝絕對式編碼器。在該多匝絕對式編碼器設置中，該編碼器組件126可包含多個碼盤以及一電池（未示於圖中）以及/或者一計數器（未示於圖中）以在電源關閉下維持位置資訊。如已描述的，該致動器輸出軸112可包含齒輪裝置118。因此，該電動機軸110可根據齒輪比以轉動一定數量的公轉以累積該致動器輸出軸112的一次公轉。由於各感測器的絕對起始位置可於啟始時決定，因此無須電池輔助以在致動器輸出軸112的一次公轉內儲存該絕對位置資料。

圖2a及2b說明根據本揭露之一示例性實施例的示例性光學式或電容式編碼器組件。如圖2a及2b所示，該位置偵測感測器236A、236B可實行為光學式或電容式的光電感測器並且分別與碼盤232A、232B組合使用。該碼盤232A、232B可設置複數個不透明或透明的區域以供光穿透其表面。一光源（未示於圖中）可配置成鄰近相應的碼盤232A、232B並且在與位置偵測感測器236A、236B相對向之側，以照亮碼盤232A、232B。當碼盤232A、232B旋轉，位置偵測感測器236A、236B偵測到穿透過該透明以及/或者不透明區域之調變的光。設置一控制器以存取記憶體以確定與所偵測到之調變信號相聯的軸的預定位置或旋轉。示例性編碼器組件226如圖2a所示亦可包含任何數量的光學式部部件以將該光聚焦至該位置偵測感測器236A、236B上。該光學式部部件可包含準直發光二極體、反射鏡、稜鏡、透鏡、光纖、雷射二極體、光學狹縫、繞射光柵、或任何其他如所需之合適的導光部部件或機構。如圖2a中所示，可設置光學式或電容式編碼器組件使得各感測器安裝於以環狀形成的一單一基板234，按照需求安裝在該基板的面向後端116的表面或面向前端114的表面上。圖2b說明一示例性實施例，其中安裝於單一基板234的單一位置偵測感測器236A係一光學式感測器，用以偵測穿透過各碼盤232A的光。

根據本揭露之另一示例性實施例，該位置偵測感測器236A、236B 可與設置以使預定正弦圖案蝕刻於相應表面的碼盤232A、232B組合使用。根據此示例性實施例，編碼器組件226包含生成高頻信號以輸入該電動機軸110的一發射器（未示於圖中）。當碼盤232A、232B隨著電動機軸110旋轉，該正弦圖案調變發射器的高頻信號。位置偵測感測器236A、236B可設置為電容式感測器，偵測來自該碼盤232A、232B的調變信號以及將該信號提供至驅動器/控制器。該驅動器/控制器將接收自位置偵測感測器236A、236B的調變信號轉換成旋轉動作，並且使用該旋轉動作值以確定該電動機軸的位置。如圖2b所示，該編碼器組件226可包含相對於電動機軸110而言位於偏軸位置的光學式或電容式位置偵測感測器236A與位於正軸位置的磁性式位置偵測感測器236B之組合。

圖3a-3c說明根據本揭露的一示例性實施例之編碼器組件。如圖3a中所示，可設置編碼器組件326以使二個配對的環狀基板作為碼盤332A、332B。該碼盤332B可附接至電動機軸110使其可在運作期間與該電動機軸110同步旋轉。 該碼盤332A安裝於該致動器組件100的致動器輸出軸112。碼盤332B設置成包含位置偵測感測器336B以及其他元件（包含，例如，嵌於其內層結構中的電力電路（未示於圖中））。在電動機組件運作期間，該碼盤332B隨該電動機軸110旋轉，而該位置偵測感測器336B偵測當該碼盤332B隨該電動機軸110旋轉所生成之電感耦合的改變。將由位置偵測感測器336B所偵測到的磁力信號與預定磁力信號量測值相比較以確定該電動機軸110的位置。如圖3a中所示，基板334可包含一第一部分334A以及一第二部分334B。位置偵測感測器336A可安裝於該第一基板部分334A上以與該電動機軸110偏軸對準，以偵測來自安裝於該輸出軸112的碼盤332A的信號。位置偵測感測器336B可安裝於該第二基板部分334B上以與該電動機軸110偏軸對準，以偵測來自安裝於該電動機軸110的碼盤332B的信號。佈置該位置偵測感測器336B以偵測來自碼盤332B徑向表面的信號。如圖3b中所示，同樣的設計可實行於致動器輸出軸112及其環狀基板334，其中該位置偵測感測器336B以具有冗餘度的方式安裝在該基板334上與位置偵測感測器336A相反側。圖3c說明不具有冗餘度之圖3b的編碼器組件。根據一示例性實施例，可設置圖3b及3c的編碼器組件326以使用磁性式的或電感式的位置偵測。

根據本揭露的一示例性實施例，該編碼器組件326可如此處所揭露地包含任何磁性式的、光學式的、電感式的、以及/或者電容式的編碼器之組合加以設置。舉例而言，該編碼器組件326可包含一編碼器，其具有磁性式碼盤332B配置在電動機軸110的空心容積之內面向後端116之側空心容積。另一示例性編碼器可以配置成具有附接於該致動器輸出軸112的一光學式碼盤332A，使其在該致動器組件運作期間旋轉。位置偵測感測器336A、336B可在基板334上相對於該電動機軸110之軸線（X）的偏軸位置對準。設置該位置偵測感測器336A以偵測反射自該光學式碼盤332A的光，以及設置該位置偵測感測器336B以偵測由磁性式碼盤332B所發出的信號。

圖4a-4c說明根據本揭露的一示例性實施例之示例性控制器電路。控制器450可設置為一伺服驅動器，包含諸如處理器、現場可程式閘陣列（FPGA）或特定應用積體電路（ASIC）之硬體裝置。這些裝置可個別以軟體或程式碼加以特別編程，以執行操作進而處理、分析、以及/或者操縱驅動以及/或者控制該致動器組件100、及/或由該位置偵測感測器436A、436B所偵測之資料、及/或該致動器組件100的其他元件或電路。該控制器450可包含可直接整合於該基板434上的元件及電路系統以及分別偵測該致動器輸出軸112與電動機軸110之轉動的位置偵測感測器436A、436B。舉例而言，該電路可包含一電力電路402、一故障偵測電路404、以及一驅動器/控制器450等等。如圖4a中所示，該電路可安裝於該基板的一或多側或表面上。例如，該電力電路402、故障偵測電路404、以及驅動器/控制器450可安裝於基板434的A側上，而該位置偵測感測器436A、436B可安裝於基板434的B側上。設置位置偵測感測器436A、436B以分享來自電力電路402的電力信號輸出。圖4b說明一實施例，其中該位置偵測感測器436A、436B嵌於基板434內。應理解任何其他元件以及/或者電路可與該位置偵測感測器436A、436B組合或將其取代而嵌於基板中。根據一示例性實施例，該控制器450可以任何合適的佈置安裝於基板434上，使得各元件及電路可按照需求以任何組合安裝於基板的A或B任一側，或是嵌於基板內。

在一替代實施例中，該控制器450可安裝於在電動機組件中或在致動器組件殼架102外的獨立基板上。可設置控制器450以根據由複數個位置偵測感測器436A、436B至少二者所偵測到之該軸的旋轉位置以確定是否有故障。舉例而言，可設置該控制器450以將由至少兩個位置偵測感測器436A、436B所偵測到之該軸的旋轉位置相比較，並且當所比較之旋轉位置被判定超出一預定容忍值時，生成一故障信號。例如，若一15位元（每公轉32768計數）的位置偵測器監測該電動機軸110的位置，以及一14位元（每公轉16384計數）的位置偵測器監測具100:1縮減倍率之致動器輸出軸112的位置，且當該電動機轉50.75次公轉，該電動機軸位置偵測器會將1公轉的0.75的位置輸出為24756計數，而該致動器輸出會以其100:1的縮減倍率而將50公轉及0.75公轉計數為8192+123或8315計數。將一個電動機軸公轉或32768計數相等於164致動器位置偵測計數的轉換，可被該控制器使用，由於在此例中該電動機軸對致動器輸出位置偵測之比率為200，若是在1000計數以內的電動機位置不相應於5計數以內的致動器位置（取決於所整合之位置偵測器的精準度與再現度）則決定一故障。

圖4c及4d說明根據一示例性實施例之位置感測器及基板組件的一線路略圖。根據一實施例，編碼器組件可設置多個位置感測器，其中各位置感測器包含個別的資料及時鐘線或信號。例如，位置偵測感測器436A、436B、436C可設置以具有連結至驅動器/控制器450的資料線408及時鐘線410以及來自電力電路402的共享電源與接地412。顯示於圖4c的示例性實施例與前述實施例不同且提供了優於前述實施例的優點，因其提供了針對將該位置偵測感測器436A、436B、436C以一菊鍊排列連接使得感測器共享一公用資料匯流排的一示例性圖解。由於這樣的排列，用以將編碼器組件的位置偵測感測器436A、436B、436C 連線的必要總線數可顯著的減少，例如本揭露之示例性技術消除了八條多餘的資料通信線（二感測器的Data+、Data-、Clock+、Clock-）。本揭露之示例性編碼器組件126設置以將位置資料或其他所需之電動機組件資料在公用資料匯流排上提供為一多位元字元。該編碼器組件可設置以藉由一平行或串列介面而傳達資料。串列資料可根據一同步串列介面（SSI）協定或一雙向/串列/同步（BiSS）介面協定而被輸出。如圖4d中所示，將位置偵測感測器的位置感測器436A及436B根據差動線發送器與接收器加以連接。對於各感測器436A及436B，兩條線用於差動資料接收器（SLO+與SLO-）。兩條線用於差動時鐘及資料傳輸信號（MA+與MA-）。該位置感測器以一主（MA）/從（SLO）佈置加以連接。該佈置可縮放以包含任何所需數量的感測器。

圖5a-5c說明根據本揭露的一示例性實施例之編碼器組件的磁體類型。

如圖5a中所示，碼盤532代表相關於可應用在圖1及3a-3c所討論之碼盤132A、332A及332B。碼盤532可設置為可同軸地固定於一或多個電動機軸110或其他其轉動將被偵測的旋轉部部件的多極磁體。碼盤532與位置偵測感測器136A，提供用以相關於如圖1中所示之致動器輸出軸或電動機軸110的偏軸旋轉偵測。碼盤532可具有環狀或圓周狀的形狀且設置以包含複數個交替的N與S極對525。極對N與S可相對於電動機軸110之軸線佈置於於碼盤532的一軸向面515上。根據本揭露的一示例性實施例，碼盤532可具有16、32及64極對其中任一或者任何其他如所需之合適的極數量。碼盤532的軸向面515可包含一或多個軌道520，其中各軌道520包含複數個沿著該圓周以交替形式排列的N與S磁極525。對於各軌道520，複數個N與S磁極525可圍繞該碼盤532圓周以等距或等角位置加以分隔。圖5a說明了包括二（2）軌520A、520B且具有高達18位元（意即262144計數）解析度的一碼盤532。針對光學編碼器組件，使用透明或不透明的區域以取代該磁性碼盤的N與S極對。然而，應理解的是，碼盤532根據所需之被偵測位置的解析度可具有任何數量合適的軌道。

如圖5b中所示，可佈置碼盤532使得N與S極對形成於徑向表面510或外緣上。

如圖5c中所示，編碼器組件126可包含二（2）極磁體535，該二（2）極磁體535設置以附接於針對其偵測旋轉的致動器輸出軸112之空心容積或者配置於其中。根據另一示例性實施例，該二極磁體535可配置於該電動機軸110的空心內部體積之內最靠近後端116處。提供磁體535與位置偵測感測器536組合用於相對於致動器輸出軸112的正軸偵測。

圖6a-6g說明根據本揭露的一示例性實施例之位置偵測感測器的各種安裝佈置方式。

如圖6a中所示，編碼器組件126可包含配置於基板634上的位置偵測感測器636B，使得當該基板634安裝於致動器組件上時，位置偵測感測器636B係在相對於安裝在該電動機軸110或位置受偵測之其他旋轉部部件的空心內部容積之內的碼盤632B的正軸位置上。在該正軸位置，位置偵測感測器636B被放置以感測安裝於電動機軸110的空心內部容積之內最靠近後端116處或在如圖1中所示致動器輸出軸112後端上的碼盤632B之磁極。一碼盤632A可安裝於電動機軸110，而位置偵測感測器636A可安裝在基板634上相對於電動機軸110而言偏軸的位置以偵測來自碼盤632A的信號。此位置偵測感測器的佈置與取向相較於已知編碼器組件設計而言提供冗餘度及更佳的準確度。

如圖6b所示，編碼器組件126可包含位置偵測感測器636B如圖6a中所示地以相對於電動機軸110之正軸位置配置於基板634上，且亦包含一或多個位置偵測感測器636A以相對於電動機軸110之偏軸位置配置於基板634上。如已探討的，位置偵測感測器636A被放置在偏軸位置以感測碼盤632A的N與S磁極525。在至少使用了二個位置偵測感測器636A的佈置中，該感測器636A可以90°、180°的角度或其他如所需之合適的角度偏置的位置加以配置。位置偵測感測器636A、636B位於相同基板表面，且因此安裝於相同軸向位置，其中該位置偵測感測器636B位在中心上。

如圖6c中所示，編碼器組件126可包含一或多個位置偵測感測器636A以相對於電動機軸110的各別偏軸位置配置於基板634上。增加位置偵測感測器636A的數量造就冗餘度或較佳的準確度。根據此實施例，沒有任何正軸的位置偵測感測器636B被用以偵測該電動機軸110的位置。

如圖6d中所示，編碼器組件126可包含一或多個位置偵測感測器636B，其相對於電動機軸110徑向地配置且安裝於該基板634的一第一部分634A上，且該基板634的一第二部分634B延伸於垂直於第一基板部分634A的平面。佈置第一基板部分634A以相鄰於碼盤632B的一軸向表面，以及佈置第二基板部分634B以相鄰於碼盤632B的一徑向表面。位置偵測感測器636C可安裝於垂直的第二基板部分634B之表面。位置偵測感測器636C對準於碼盤632C，碼盤632C具有N及S極對525佈置於徑向表面610或外緣上。第一基板部分634A可安裝於靜子組件122（如圖1中所示）且因此在運作過程中靜止不動。碼盤632B安裝於致動器輸出軸112。

圖6e及6f說明一示例性編碼器組件，其中該基板634可安裝於如圖1所示的靜子組件122。單一基板634形成以具有允許致動器輸出軸112完全通過的一中心孔洞或孔徑635。基板634具有一或多個安裝於其上的位置偵測感測器636A、636B。如圖6e中所示，位置偵測感測器636A、636B可安裝於該基板634之面對前端114的表面或面對後端116的表面的其中之一上。根據位置偵測感測器636A、636B，電動機軸的位置可基於安裝在電動機軸110及致動器軸112的碼盤632A、632B之旋轉而被偵測。如圖6f中所示，位置偵測感測器636A、636B可安裝於該單一基板的兩側上，使得在基於碼盤632A、632B的旋轉以偵測電動機位置的精準度及冗餘度增加。

圖6g說明根據本揭露的一示例性實施例，具有含徑向偏軸編碼器及正軸編碼器的單一基板的一示例性編碼器組件。如圖6g中所示，編碼器組件126可包含一基板634，其具有第一部分634A及在垂直於第一部分634A之方向延伸的第二部分634B。位置偵測感測器636B可安裝於第一基板部分634A以與安裝於致動器輸出軸112的空心容積中的碼盤632B以正軸的方式對準。位置偵測感測器636C可安裝於第二基板部分634B上以與安裝於電動機軸110外表面的碼盤632C以偏軸的方式對準。位置偵測感測器636C被對準以偵測來自佈置於碼盤632C的徑向表面610或外緣上的N與S極對525的信號。

本揭露之示例性旋轉編碼器組件安裝在單一基板上，允許了比已知實施方式更加小的空間需求。因此，如此處所描述之編碼器組件可安裝得離電動機/致動器更近，允許長度縮減而得到改善的轉矩密度。因此，當在單一基板上使用了雙編碼器組合的編碼器組件直接整合於一整合伺服驅動器時，編碼器佈線可被完全消除。此外，該位置偵測器可以一菊鍊設置連接，而造就空間及熱效率，以及減少連接至伺服驅動器或控制器的電線數量。具有安裝於雙面基板的兩面上之元件及電路系統的編碼器組件不只引入空間的節省亦引入成本的節省。為了更加改善該編碼器組件的效能，電動機/致動器軸可由鋁形成，以減少來自磁干擾之串音及雜訊的量、改善轉矩密度、以及減少慣性或消除軸偏轉。其他與磁體相關的已知安裝技術及材料的使用可用以改善公差、電偏轉、以及編碼器組件的整體效能。

因此可由精於本項技術者所了解，本發明可在不脫離其精神或基本特徵的情況下以其他特定形式實行。本揭露之實施例因此在各方面被視為說明性而非限制性。本發明之範疇由所附之申請專利範圍而非前述之敘述所表示，且在其意義及範圍及均等者的所有改變皆囊括其中。

100:致動器組件 102:殼架 104:致動器輸出凸緣 106:封件 108:特徵部（例如空孔） 110:電動機軸 112:致動器輸出軸 114:前端 116:後端 118:齒輪輸入（齒輪裝置） 120:軸承 122:靜子 124:間隙 126:編碼器組件 128:安裝托架 130:螺釘或螺栓 132A:碼盤 132B:碼盤 134:基板 136A:位置偵測感測器 136B:位置偵測感測器 226:編碼器組件 232A:碼盤 232B:碼盤 234:基板 236A:位置偵測感測器 236B:位置偵測感測器 326:編碼器組件 332A:碼盤 332B:碼盤 334:基板 334A:第一（基板）部分 334B:第二（基板）部分 336A:位置偵測感測器 336B:位置偵測感測器 402:電力電路 404:故障偵測電路 408:資料線 410:時鐘線 412:共享電源與接地 434:基板 436A:位置偵測感測器 436B:位置偵測感測器 436C:位置偵測感測器 450:驅動器/控制器 510:徑向表面 515:軸向面 520:軌道 520A:軌道 520B:軌道 525:N與S極對（N與S磁極） 532:碼盤 535:二（2）極磁體 536:位置偵測感測器 610:徑向表面 632A:碼盤 632B:碼盤 632C:碼盤 634:基板 634A:第一（基板）部分 634B:第二（基板）部分 635:中心孔洞或孔徑 636A:位置偵測感測器 636B:位置偵測感測器 636C:位置偵測感測器

當結合附圖閱讀時，從隨後示例性實施例的細節描述可最佳瞭解本揭露的範疇：

圖1說明根據本揭露的一示例性實施例之致動器組件。

圖2a及2b說明根據本揭露的一示例性實施例之示例性光學式或電容式編碼器組件。

圖3a-3c說明根據本揭露的一示例性實施例之示例性編碼器組件。

圖4a及4b說明根據本揭露的一示例性實施例之示例性控制器電路。

圖4c及4d說明根據一示例性實施例之位置感測器及基板組件的線路略圖。

圖5a-5c說明根據本揭露的一示例性實施例之編碼器組件的磁體類型。

圖6a-6g說明根據本揭露的一示例性實施例各種位置偵測感測器的安裝佈置。

100:致動器組件

102:致動器殼架

104:致動器輸出凸緣

106:封件

108:特徵部(例如空孔)

110:電動機軸

112:致動器輸出軸

114:前端

116:後端

118:齒輪輸入(齒輪裝置)

120:軸承

122:靜子

124:間隙

126:編碼器組件

128:安裝托架

130:螺釘或螺栓

132A:碼盤

132B:碼盤

134:基板

136A:位置偵測感測器

136B:位置偵測感測器

Claims (17)

1. 一種編碼器組件，包括：第一編碼元件，安裝於第一旋轉軸；第二編碼元件，安裝於第二軸；一或更多基板；第一位置偵測感測器，以正軸(on-axis)或偏軸(off-axis)對準於該第一旋轉軸的方式安裝於該一或更多基板的表面，該第一位置偵測感測器係偵測來自安裝於該第一旋轉軸的第一碼盤的信號；及第二位置偵測感測器，以正軸或偏軸對準於該第二軸的方式安裝於該一或更多基板的該表面，該第二位置偵測感測器係偵測來自安裝於該第二軸的第二碼盤的信號。
2. 如請求項1之編碼器組件，其中：該一或更多基板包括第一基板及第二基板，該第一基板係以平行於該第一旋轉軸的軸線的方式進行安裝，而該第二基板係以正交或平行於該第二軸的軸線的方式進行安裝，其中當該第二基板係以平行於該第二軸的該軸線的方式進行安裝時，該第二基板係與該第一基板連接，以及該第一編碼元件包括第一碼盤，而該第二編碼元件包括第二碼盤。
3. 如請求項2之編碼器組件，其中該第一旋轉軸與該第二軸係同軸的。
4. 如請求項2之編碼器組件，其中該第一位置偵測感測器係偵測來自該第一碼盤的徑向表面的信號。
5. 如請求項2之編碼器組件，其中該第一旋轉軸為電動機軸，而該第二軸為致動器輸出軸。
6. 如請求項2之編碼器組件，其中該第一旋轉軸及該第二軸為電動機軸。
7. 如請求項1之編碼器組件，其中該第一旋轉軸及該第二軸為電動機軸。
8. 如請求項1之編碼器組件，其中該第一位置偵測感測器及該第二位置偵測感測器係分別與該第一碼盤及該第二碼盤組合形成雙單匝絕對式編碼器(dual single-turn absolute encoder)。
9. 如請求項1之編碼器組件，其中該第一位置偵測感測器及該第二位置偵測感測器係分別與該第一碼盤及該第二碼盤組合形成雙多匝絕對式編碼器(dual multi-turn absolute encoder)。
10. 如請求項1之編碼器組件，更包含： 至少一多餘位置偵測感測器，安裝於該一或更多基板，其中該至少一多餘位置偵測感測器係相對於該第一位置偵測感測器及該第二位置偵測感測器的其中至少一者而安裝於該一或更多基板的表面上。
11. 如請求項2之編碼器組件，更包含：至少一多餘位置偵測感測器，安裝於該第一基板及該第二基板的各者，其中該至少一多餘位置偵測感測器係相對於該第一位置偵測感測器及該第二位置偵測感測器的其中至少一者而安裝於該基板的各別徑向表面上。
12. 如請求項1之編碼器組件，其中該一或更多基板係有彈性的。
13. 如請求項2之編碼器組件，其中該第一基板係安裝成徑向地遠離該第一旋轉軸的軸線。
14. 如請求項1之編碼器組件，其中該第一位置偵測感測器或該第二位置偵測感測器係安裝於該一或更多基板的徑向表面上。
15. 如請求項2之編碼器組件，其中該第一位置偵測感測器或該第二位置偵測感測器係安裝於該一或更多基板的軸向表面上。
16. 如請求項14之編碼器組件，其中該第一位置偵測感測器及該第二位置偵測感測器係安裝於該一或更多基板的相反側上。
17. 如請求項14之編碼器組件，更包括：至少一多餘位置偵測感測器，其中該至少一多餘位置偵測感測器係相對於該第一位置偵測感測器及該第二位置偵測感測器的其中至少一者而安裝於該一或更多基板的該徑向表面上。