编码器装置和方法制造方法及图纸

一种构成编码器的方法，该类型编码器将电动机械的循环运动变换为特定电信号，信号的频率与所述机械的循环运动的速度相关，所述方法包含步骤有：　　　　（ａ）提供编码器装置，用于根据所述机械的循环运动产生特定的电信号；　　　　（ｂ）规定在所述编码器输出端的特定电信号，该规定的电信号具有特定的波形；　　　　（ｃ）根据规定的电信号的特定波形确定一波形函数，所述波形函数限定所述机械的循环运动速度和规定的电信号频率之间的关系；　　　　（ｄ）根据所述波形函数产生所述图形函数，所述图形函数限定至少一个分布图形；并且　　　　（ｅ）根据所述图形函数构成所述编码器，包含按照所述至少一个分布图形对所述编码器装置编码，因此在运行中所述编码器装置根据所述至少一种分布图形产生电信号，　　　　因此，在所述编码器的运行中，在所述编码器的输出端产生所述特定电信号。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及编码器装置和方法，更具体地说涉及用于将电动机械的循环运动变换为可以在很多应用场合采用的有一定意义的电信号。其中一种这样的应用包含对电动机械的直接转换，通过这样的转换编码器产生电信号，这种装置和方法的应用领域涉及电动机运行的控制。
技术介绍
与本专利技术最相关的
技术介绍
可在电动机控制和转换的领域内找到。然而，应理解，本专利技术并不局限在这一领域。由于本专利技术最重要的应用与电动机运行的控制相关，故如下的讨论将主要针对这一领域。此外，本专利技术的大多数现时应用包含以光编码器实施的方案。然而，应当理解，本专利技术并不局限于此。由于本专利技术的大多数现时应用涉及光编码，故如下的介绍将主要针对光编码和光编码顺实施例。本专利技术可以按照交流电动机的简单变速控制装置和方法来实施，其能进一步改进或提高电动机的正常运行效率。这种实施包含单相和多相交流感应电动机的直接的光——电转换，而且还可适应于其它交流和无刷直流电动机。通常，交流感应电动机的换相涉及利用交流供电的频率以在适当的定子绕组中提供感性电流，产生磁通，接着又在电枢绕组中感应电流并形成磁通。当在两种磁通之间严格同步或一致时产生转矩或作用力，使转子运动。转子的运动或电动机的速度直接与处在规定电压数值下的输入电源的频率成正比。通常交流电动机输入电压和频率是固定的，这又使转子速度是固定的。在交流感应电动机中，在定子和转子频率之间存在一定数值的“滑差频率”。即，转子的速度小于定子旋转磁场的速度。通过适当地调节各不相同的频率、电压、极数、绕组数或相数、滑差量值等可以实现对转子速度的控制。现时改变和控制交流电动机(或无刷直流电动机)速度的方法通常涉及某种与电动机相关联的速度检测装置、其向一微处理器、逆变器或矢量控制器和驱动器提供反馈或输入信号，对该信号进行分析、调节、改变、整形等，以便与电动机所需的频率、电压和功率相适应。来自微处理器、逆变器或矢量控制器的信号控制频率、电源脉冲宽度、电流和电压数值、相位或者这些参数的各种组合。这些现有的方法通常是复杂、成本高以及不便的。通常它们需要速度检测输入装置或方法，单独的分析和控制信号整形装置以及用于功率输出的驱动器，所有这一切都必须正确地连接并彼此同步。本专利技术不同于上述方法，其使用单一的装置来进行检测、分析和速度控制， 同时能利用较少能量提高转矩和功率输出。与其它方法相类似，本专利技术也是使电动机速度与输入电源的频率和电压相联系的，但实现这种联系并没有使用其它可变速方法使用的大多数元件。本专利技术的编码器采用关于“可光编程”的新颖概念经过直接转换实现选配、调准、仿形变换和控制电动机的速度、方向、滑差、相位以及利用较少的能量提高转矩和功率。已有其它人公开了用于直流电动机换向控制的光编码器。然而，在这些方法中，所使用的光学元件如光发射器、检测器以及编码器盘简单地正像电阻式、磁方式或电方式变化元件作用一样。这是因为这些方法仅涉及一维的光“快速开闭”作用，即增减光的强度、挡或不挡光的通道，产生正弦波或方波输出。这些波形可以利用非光学元件以相似的方式产生。如下的专利公开了采用一种结合固定盘、掩光层或调制盘工作的旋转编码器来产生正弦信号波形授予Seward的3193744号美国专利、授予Imamura的4160200号美国专利、授予Terrell的4224515号美国专利、授予Veale的4429267号美国专利、授予Ho的4599547号美国专利和授予Dolan等人的5103225号美国专利。如下的专利公开了仅采用编码盘或轮而无静止的掩光层或调制盘的光编码器的使用情况，该编码器产生在换向和转速领域中采用的方形脉冲，计有授予Born的4353016号美国专利、授予Lee的4882524号美国专利以及授予Blaster等人的5198738号美国专利。最后授予Webber的5177393号美国专利公开了一种用于直流无刷电动机换向的光编码器，其采用印有正弦图形的反射式编码器盘。在这些专利中公开的所有编码器的局限性在于，它们都不能以光学方式将电动机整流信号的波形整形为所需的波形，以便以最优方式控制电动机的速度、方向、滑差、相位、转矩和功率输出。换句话说，它们不是“可光编程”的。此外，在这些专利中所提出的很多编码器需要附加的转换“控制”元件，以便产生方波驱动信号并使它们与电动机的磁极和绕组相匹配。此外，所有上述取得专利的编码器都与全部光学元件的物理布局、尺寸、形状以及相互作用相关。最后，这些专利的编码器在设计、或实际的和可能的实施方面缺乏灵活性。本专利技术的装置和方法采用的光编码器，其本身作为一种“可光编程的”器件可直接对电机的机械运动进行检测、整理和变换为编程的电信号，该信号与该电机或其它控制元件相配合。编码器进行光编程，在于其体现预定的光特征函数以及包含的光转换元件可以按曲线图形方式或几何图形方式成形，以表示几乎任何数学或代数表示的波形函数。编码器可以产生至少一种具有预定波形作为光特征函数变换形式的电信号。由于电信号是与编码器耦合的机械的“循环性的”运动的直接结果，因而，可以用于控制(如一般编码器)、整形和放大(如微处理器)、调节和变换(如变换器)以及变化(如放大器)。术语“循环性的”对于本申请意指包括但不局限于再现的、重复的、周期性的、旋转的、往复式的以及谐振荡运动形式。光编程包含“按图形编程”的概念。光编程是利用在编码器的运行过程中能够被检测的曲线图形、几何图形方式的分布图形或者区域使编码器元件(例如光编码器盘)形状构成的方法。这些按曲线图形或几何图形形成的分布图形或区域是由一些图形函数(下文介绍)加以限定，而这些图形函数通常又是由用数学或代数方法定义的波形函数(下文介绍)产生的。在一种优选的图形编程的流程中，首先指定由编码器产生的电信号。然后，确定波形函数，并用于产生(例如利用面积填充方程-下文介绍)一图形函数，该图形函数再定义曲线图形或几何图形方式分布的图形和区域。图形编程可适用于任何形式的其中的分布图形或区域可检测的编码器。例如，在授予Owens的美国5172039号专利和授予Zaremba的美国4864300号专利中所介绍的电容式编码器，利用导电极板或分布图形来形成该在旋转的编码器元件和静止的编码器元件之间的可变电容。该可变电容构成为一产生编码器输出的电信号的电路的一部分。这种电容式编码器可用图形编码，其中静止的和旋转的电容极板可以按曲线图形或几何图形方式成形。这种电容式的实施例需包含由图形函数共同限定的至少为两个曲线图形或几何图形的区域的乘积。在另一种可能的实例中，可以将霍尔效应传感器结合按曲线或几何图形形成的磁性带或分布图形应用。本专利技术的装置和方法能够通过光编程或图形编程方式来形成、整形、调节和控制几乎所有的数字或代数(函数)的电输出波形图形，这一点使本专利技术能与迄今所提出的方法和装置相区别。在专利技术人看来，关于编码器和编码方法的方案和观点是与电子学和电路十分类似的。具体地说，专利技术人认为光编码器(OE)目前的情况与三、四十年前集成电路对于电子学来说的情况相类似。IC在很多方面仅不过是已有电子电路的重新封装。这种重新封装起始阶段只不过是将已有的电子电路、元件等集成到一个单一的、较小的、更经济有效的可用器件中。然而，这种简单的“重新封装”很快本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：O·G·杜尔哈姆三世，
申请(专利权)人：奥普托普通装置有限公司，
类型：发明
国别省市：