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多匝旋转编码器

阅读：108发布：2020-05-13

IPRDB可以提供多匝旋转编码器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种多匝旋转编码器，带有：-单匝单元，包含：编码载体；和单匝评估单元，其用于将单匝位置信号处理成单匝编码字，-第一多匝单元，包含：至少一个第一多匝编码载体；和第一多匝评估单元，其用于将第一多匝位置信号处理成第一多匝编码字，第一多匝编码字指出了输入轴的走完的回转的数量，其中，-设置有第二多匝单元，其包含：至少一个第二多匝编码载体；和第二多匝评估单元，该第二多匝评估单元用于将第二多匝位置信号处理成第二多匝编码字，该第二多匝编码字同样指出了输入轴的走完的回转的数量。通过彼此独立生成的多匝编码字可确定多匝单元的功能。，下面是多匝旋转编码器专利的具体信息内容。

权利要求

1. 一种多匝旋转编码器，带有：

－单匝单元(10)，包含：编码载体(11)，所述编码载体(11)可由单匝探测设备(13)探测以用于生成单匝位置信号(SP)；和单匝评估单元(14)，该单匝评估单元(14)用于将所述单匝位置信号(SP)处理成单匝编码字(SC)，所述单匝编码字(SC)指出了在一个回转内的输入轴(W)的绝对的位置，－第一多匝单元(20,40)，包含：至少一个第一多匝编码载体(11,21)，所述第一多匝编码载体(11,21)可由第一多匝探测设备(13,23)探测以用于生成第一多匝位置信号(MP1)；和第一多匝评估单元(24)，该第一多匝评估单元(24)用于将所述第一多匝位置信号(MP1)处理成第一多匝编码字(MC1)，所述第一多匝编码字(MC1)指出了所述输入轴(W)的走完的回转的数量，其中，－设置有第二多匝单元(30)，该第二多匝单元(30)包含：至少一个第二多匝编码载体(31.1,31.2)，所述第二多匝编码载体(31.1,31.2)可由第二多匝探测设备(33.1,33.2)探测以用于生成第二多匝位置信号(MP2.1,MP2.2)；和第二多匝评估单元(34)，该第二多匝评估单元(34)用于将所述第二多匝位置信号(MP2.1,MP2.2)处理成第二多匝编码字(MC2)，所述第二多匝编码字(MC2)同样指出了所述输入轴(W)的走完的回转的数量。

2.根据权利要求1所述的多匝旋转编码器，其特征在于，还设置有比较器单元(210)，将所述多匝编码字(MC1,MC2)输送给所述比较器单元(210)，并且在所述比较器单元(210)中可生成状态标识(F)，所述状态标识(F)指出了所述多匝单元(20,30;30,40)的功能。

3.根据权利要求2所述的多匝旋转编码器，其特征在于，还设置有接口单元(220)，利用所述接口单元(220)可将所述单匝编码字(SC)、至少一个多匝编码字(MC1,MC2)以及所述状态标识(F)传送到后续电子器件(250)。

4.根据权利要求1所述的多匝旋转编码器，其特征在于，设置有接口单元(320)，利用所述接口单元(320)可将所述单匝编码字(SC)、所述第一多匝编码字(MC1)以及所述第二多匝编码字(MC2)传送到后续电子器件(350)以用于进一步的评估。

5.根据前述权利要求中任一项所述的多匝旋转编码器，其特征在于，所述第一多匝单元(20,40)为基于计数器的多匝单元。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的多匝旋转编码器，其特征在于，所述第二多匝单元(30)为基于传动器的多匝单元。

说明书全文

多匝旋转编码器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1 的可靠的多匝旋转编码器(Multiturn-Drehgeber)。

背景技术

[0002] 用于测量轴的角度位置的位置测量设备从许多的出版物中已知。这种位置测量设备称作旋转编码器。此外，如果位置测量设备如此地实施，即除了轴的角度位置之外，还可测量走完的回转(Umdrehung)的数量，则可称为多匝旋转编码器(Multiturn-Drehgeber)。

[0003] 对于多匝单元(即，用于确定轴的走完的回转的数量的单元)的实施方案，基本上有两种解决方案是已知的，一种是基于传动器的(getriebebasiert)多匝单元，另一种是基于计数器的多匝单元。

[0004] 在基于传动器的多匝单元的情形下，输入轴驱动一个或同样多个传动器级，传动器级使输入转速降低。例如，在一种带有16∶1的减速比的传动器级的情形下，输入轴每16次回转，传动器级的输出轴旋转一次。输出轴再驱动编码载体该编码载体的角度位置(Winkelstellung)允许推断出输入轴的转数(Umdrehungszahl)。

[0005] 在文件DE2817172C2中描述了一个用于基于传动器的多匝旋转编码器的实例。在此，涉及一种带有第一角度步编码盘(Winkelschritt-Codescheibe)和多个后置的角度步编码盘的多级的角度步编码器。

[0006] 文件EP1457762A1描述了一种用于测量对象的位置、路径或旋转角的装置。该装置包含了以三个相继的编码盘的形式的三个实物量具该编码盘通过差动齿轮传动器(Differenzzahngetriebe)相联结。编码盘的探测(Abtastung)通过径向上覆盖全部编码盘的编码道(Codespur)的探测单元来实现。

[0007] 基于计数器的多匝单元通过对编码载体的回转进行计数来确定轴的走完的回转的数量，编码载体直接地由轴来驱动，并且因此走完与待测量的轴相同的回转的数量。在编码载体上布置有编码，这些编码由探测单元来探测。在计数电子设备中从利用探测单元确定的位置信号中生成用于计数器的计数信号，该计数器以与旋转方向有关的方式对编码载体和由此轴的完整的回转的数量进行了计数。为了即使在主电流供给断开的情形下(即例如当机器(在其中多匝旋转编码器运行)断开时)也存储计数器的计数器状态并且此外保存计数功能，基于计数器的多匝单元经常装备有电池，电池在主电流供给失效的情形下承担至少旋转编码器的多匝单元的能量供给。

[0008] 例如，文件EP1462771B1描述了一种带有基于计数器的多匝单元的多匝旋转编码器。

[0009] 在多匝单元的功能在正常运行中(也就是当除了多匝单元之外单匝单元同样是激活的以用于测量在轴的一个回转之内的角度位置时)可利用单匝单元被检测(当单匝单元确定一个完整的回转时，利用多匝单元获得的回转的数量必须强制地改变)期间，在主电流供给切断的情形下多匝单元的失效保持未被发现的。

发明内容

[0010] 由此，本发明的目的在于，公开一种多匝旋转编码器，其具有提高的功能上的可靠性。

[0011] 该目的通过根据权利要求1的多匝旋转编码器来实现。有利的细节由从属于权利要求1的权利要求来得出。

[0012] 现在建议一种带有单匝单元、第一多匝单元以及第二多匝单元的多匝旋转编码器。单匝单元包含：编码载体，该编码载体可由单匝探测设备来探测以用于产生单匝位置信号；和单匝评估单元，该单匝评估单元用于将单匝位置信号处理成单匝编码字(Codewort)，该单匝编码字指出了在一个回转内的输入轴的绝对位置。第一多匝单元包含：至少一个第一多匝编码载体，该第一多匝编码载体可由第一多匝探测设备来探测以用于产生第一多匝位置信号；和第一多匝评估单元，该第一多匝评估单元用于将第一多匝位置信号处理成第一多匝编码字，该第一多匝编码字指出了输入轴走完的回转的数量。第二多匝单元包含：至少一个第二多匝编码载体，该第二多匝编码载体可由第二多匝探测设备来探测以用于产生第二多匝位置信号；和第二多匝评估单元，该第二多匝评估单元用于将第二多匝位置信号处理成第二多匝编码字，该第二多匝编码字同样指出了输入轴走完的回转的数量。

[0013] 通过两个彼此独立地生成的多匝编码字可确定多匝单元的功能。

附图说明

[0014] 本发明的其它优点以及细节由下面借助于附图的描述来得出。其中：

[0015] 图1显示了根据本发明的多匝旋转编码器的第一个实施例，

[0016] 图2显示了图1的第一多匝评估单元的电路原理图，

[0017] 图3显示了用于评估多匝编码字的第一个实例，

[0018] 图4显示了用于评估多匝编码字的第二个实例，并且

[0019] 图5显示了根据本发明的多匝旋转编码器的另一个实施例。

具体实施方式

[0020] 在图1中示出了第一根据本发明的多匝旋转编码器的原理。该多匝旋转编码器包括单匝单元10、第一多匝单元20以及第二多匝单元30。

[0021] 单匝单元10由编码盘11形成，该编码盘11直接地与待测量的输入轴W联结。编码盘11承载了光电的、磁的、电容的或电感的可探测的编码部(codierung)12，以便将输入轴W的回转划分为多个可区别的区段。一般来说，该编码部12为多道的编码，例如格雷码，但是其同样可通过单道链码(Kettencode)、所谓的“伪随机码(PRC)”形成。编码部12由探测设备13来探测以用于形成单匝位置信号SP。单匝位置信号SP输送给单匝评估单元14，该单匝评估单元14形成了多位的单匝编码字SC，并且在其出口处输出该多位的单匝编码字SC，该多位的单匝编码字SC指出了在单个的回转内输入轴W的绝对位置。

[0022] 为了获得输入轴W的转数，设置有多匝单元20，30。

[0023] 第一多匝单元20是基于计数器的多匝单元。该第一多匝单元20包括第一多匝编码载体21，该第一多匝编码载体21同样抗扭转地与输入轴W相连接。第一多匝编码载体21具有唯一的磁性的偶极子(Dipol)，即一个南极和一个北极。这些极由第一多匝探测设备23来探测。第一多匝探测设备23具有多个对磁场敏感的传感器元件，利用传感器元件可生成第一多匝位置信号MP1，由这些第一多匝位置信号MP1在第一多匝评估单元24中可形成第一多匝编码字MC1，该第一多匝编码字MC1指出了第一多匝编码载体21的绝对的位置。传感器元件例如为Hall-Sensor(霍尔传感器)，GMR-Sensor(磁阻传感器)或GMR-Sensor(巨磁阻传感器)。有利地，传感器元件和第一多匝评估单元24共同集成在半导体基质上。

[0024] 图2显示了第一多匝评估单元24的电路原理图。在此假设，第一多匝位置信号MP1包含两个信号，这两个信号具有尽可能正弦形状的走向，并且在输入轴W的一个回转期间经历了正弦波(Sinusschwingung)的一个完整的周期。通常，这两个信号具有彼此相距大约90°的相位差，由此这是可能的，即确定输入轴W的旋转方向。在多匝评估单元24中，第一多匝位置信号MP1首先输送给信号整形单元100，该信号整形单元100从正弦形状的输入信号整形出数字的矩形的计数信号，信号整形单元100将计数信号一方面输送给方向鉴别器101，并且另一方面输送给计数器单元102。方向鉴别器101由计数信号的边沿(Flanke)的时间上的顺序确定旋转方向，并且将其作为方向信号UP/DOWN(上/下)传输给计数器单元102。计数器单元102再使用至少一个上升或下降的计数信号的边沿，以及方向信号UP/DOWN，以用于以与方向有关的方式对输入轴W的回转进行计数。

[0025] 另外，在第一多匝评估单元24中表明了电池103。电池103在主电流供给断开的情形下(例如当机器(在其中多匝旋转编码器运行)断开时)对所有对于计数过程必需的构件，如有可能同样第一多匝探测设备23进行供电。因此保证，即使在断开的状态中也对输入轴W的可能发生的回转进行计数，并且因此在接通之后，带有正确的输入轴W的走完的回转的数量的第一多匝编码字MC1供使用。

[0026] 在此，明确地指出的是，存在基于计数器的多匝单元的各种各样的方案，尤其是这样的方案(即，其在断开状态中出于节约电流的目的以脉冲的方式被驱动)以及这样的方案(即，其不需要电池，因为其例如利用脉冲导线传感器(Impuls-draht-Sensor)(同样以维甘德线(Wiegand-Draht)的名称而已知)，在输入轴W的回转期间从磁场振荡中获得对于计数过程所需要的能量，并且在计数过程之间将计数器的状态存储在非易失的存储器中)。

[0027] 第二多匝单元30为一种基于传动器的多匝单元，该多匝单元示出成例如带有两个传动器级32.1，32.2。所需要的传动器级的数量很大程度地依赖于待确定的输入轴W的回转的数量，以及可利用传动器级确定的回转的数量。

[0028] 如果仅有输入轴W的少数的回转被测量，则如有可能一个传动器级就足够了。与此相反，为了确定工具机的进给螺杆(Vorschubspindel)的回转，三个和更多的传动器级可能是必须的。

[0029] 第一传动器级32.1直接地与输入轴W联结。第一传动器级32.1具有16倍的减速，并且其输出轴再与第二传动器级32.2联结，该第二传动器级32.2同样执行减速了16倍。传动器级32.1，32.2分别驱动第二多匝编码载体31.1，31.2，第二多匝编码载体31.1，31.2由第二多匝探测设备33.1，33.2来探测以用于产生第二多匝位置信号MP2.1，MP2.2。
信息(输入轴W正好位于可计数的回转的信息中)以第二多匝编码载体31.1，31.2的角度位置的方式编码。第二多匝编码载体31.1，31.2(如之前第一多匝编码载体21一样)仅由一个磁性的偶极子形成。因此，类似于第一多匝编码载体21的探测来实现第二多匝编码载体31.1，31.2的探测。但是，不同于第一多匝单元20的多匝位置信号MP1，第二多匝位置信号MP1，MP2在第二多匝评估单元34中插值，也就是说，多匝位置信号MP1，MP2的瞬时值与这样的绝对值相关联，即，该绝对值指出了相应的多匝编码载体31.1，31.2的角度位置。瞬时值的分辨率至少相应于相关的传动器级的减速比。最后，第二多匝评估单元34将已确定的第二多匝位置信号MP2.1，MP2.2的绝对值处理成第二多匝编码字MC2。

[0030] 除了此处所描述的带有多级的减速传动器的方案，如开头所提及的文件EP1457762A1所建议的依据差动齿轮传动器的基于传动器的多匝单元自然同样适用于本发明。

[0031] 通过这两个设置的多匝单元20，30，两个多匝编码字MC1，MC2在多匝旋转编码器中供使用，该多匝编码字MC1，MC2彼此独立地形成。通过这两个多匝编码字MC1，MC2的比较，现在可能确定，这两个多匝单元20，30是否起作用。这尤其地同样适用以下情况，即当多匝旋转编码器或机器(在其中多匝旋转编码器运行)在断开阶段之后重新被接通时。

[0032] 图3和图4显示了用于多匝编码字MC1，MC2的进一步的处理或评估的优选的实施例。

[0033] 图3显示了多匝旋转编码器200，该多匝旋转编码器200除了单匝单元10、第一多匝单元20以及第二多匝单元之外还包含比较器单元210，将多匝编码字MC1，MC2输送给该比较器单元210。比较器单元210通过多匝编码字MC1，MC2的值的比较确定偏差，并且依赖于比较的结果输出状态标识(Zustandsflag)F。单匝编码字SC、多匝编码字MC1，MC2中的至少一个(在示出的实例中为第一多匝编码字MC1)以及状态标识F输送给接口单元220，借助于该接口单元220，值可通过数据传送通道230向在后续电子器件250中的另一个接口单元240传送。该后续电子器件250可评估状态标识F，并且在故障情况中给予合适的措施，例如机器的有序的停止。

[0034] 数据传送通道230有利地实施成双向的串口的接口连接，通过该接口连接可将指令(尤其为位置数据需求指令)从后续电子器件250传送到多匝旋转编码器200并且可在反方向上传送应答数据(Antwortdaten)(尤其为单匝编码字SC、多匝编码字MC1，MC2以及状态标识F)。传送借助于连续的数据流来实现。此处尤其有利的是，相比由现有技术中已知的多匝旋转编码器，状态标识F(其当然在最简单的情况中仅包括一比特)的传送将数据传送持续时间仅延长了一比特的传送时间。

[0035] 与此相反地，图4显示了多匝旋转编码器300，该多匝旋转编码器300除了单匝单元10、第一多匝单元20以及第二多匝单元30之外还仅包含接口单元320，单匝编码字SC和多匝编码字MC1，MC2输送到该接口单元320。全部的编码字SC，MC1，MC2现在可通过数据传送通道330向另一个在后续电子器件350中的接口单元340传送。现在，在后续电子器件350中的控制单元360中布置有比较器单元370，将通过数据传送通道330在接口单元340处到达的多匝编码字MC1，MC2输送给该比较器单元370。比较器单元370现在可类似于图3的比较器单元210执行多匝编码字MC1，MC2的比较，并且生成状态标识F，该状态标识F在控制单元360中相应地被考虑。

[0036] 因为在这种优选的实施例中将两个多匝编码字MC1，MC2(其在多匝旋转编码器300中完全彼此独立地生成)向后续电子器件350传送，不仅可确定多匝单元20，30中的误差(Fehler)，而且可确定在从多匝旋转编码器300通过数据传送通道330向后续电子器件
350传送数据时的误差。数据传送通道330同样在本实例中有利地构造成双向的串口的接口连接。

[0037] 在持续的运行中，同样可借助于单匝编码字SC来确定多匝单元20，30的正确的功能，因为在输入轴W的一个完整的回转的确定和多匝编码字MC1，MC2的改变之间存在直接联系。换句话说，当借助于单匝编码字SC判定轴W的一个回转的结束时，多匝编码字MC1，MC2必须强制改变所规定的步长(Schrittweite)。因此，例如以图4中的实例为基础，在执行一次多匝编码字MC1，MC2的比较之后，状态标识F同样可借助于单匝编码字SC和多匝编码字MC1，MC2中的至少一个之间的比较来获得。这意味着，这可能是足够的，即仅仅在适合的时刻(例如在机器或多匝旋转编码器接通之后)同时检测多匝编码字MC1，MC2，并且在检测之后多匝编码字MC1，MC2中仅还一个通过数据传送通道330向后续电子器件传送，并且在持续的运行中所使用的多匝单元20，30的功能借助于单匝编码字SC来检测。以这种方式，可降低待传送的数据量。

[0038] 在图5中示出了第二个根据本发明的多匝旋转编码器的原理。该多匝旋转编码器同样包括单匝单元10、第一多匝单元40以及第二多匝单元30。单匝单元10和第二多匝单元30相应于与图1相关地描述的单元，并且由此不再一次进行讨论。

[0039] 相反地，第一多匝单元40利用了这样的事实，即单匝位置信号SP(其通过利用单匝探测设备13对编码载体11上的编码12进行探测来产生)同样可用于形成第一多匝编码字MC1。由此，单匝位置信号SP至少部分地作为第一多匝位置信号MP1输送给第一多匝处理单元44，该第一多匝处理单元44生成用于形成第一多匝编码字MC1的计数信号并计数。因此，第一多匝单元40为基于计数器的多匝单元。

[0040] 带有编码12的编码载体11以及单匝探测设备13在本实施例中与第一多匝单元40相关联。

[0041] 本方案特别有利地可应用于以下情况，即，编码12总归如此地实施，即产生探测信号，该探测信号具有周期持续时间，该周期持续时间相应于输入轴W的回转。

标题	发布/更新时间	阅读量
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