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TWI497899B - 機構式編碼器 - Google Patents

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TWI497899B
TWI497899B TW102127973A TW102127973A TWI497899B TW I497899 B TWI497899 B TW I497899B TW 102127973 A TW102127973 A TW 102127973A TW 102127973 A TW102127973 A TW 102127973A TW I497899 B TWI497899 B TW I497899B
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piezoelectric fiber
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TW102127973A
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TW201507340A (zh
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Ching Chang Chen
Chia Ching Lin
Chien Shien Yeh
Yi Cheng Chen
Sheng Chih Shen
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Ind Tech Res Inst
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Description

機構式編碼器
本揭露係關於一種編碼器，特別是關於一種機構式編碼器。
編碼器目的為感測馬達轉(移)動的位置訊號，作為馬達控制的迴授訊號。
旋轉編碼器利用黃光微影製程製作可迅速的提高了碼盤刻線數，使精度迅速提升。光學式編碼器利用光源打到凹面鏡照射到旋轉縫隙板，且旋轉縫隙板具有旋轉角度檢測用軌(track)來達成。光編碼器具有透明與不透明區塊之圓盤。由LED發光至所述圓盤，並由多個光感測器對所述圓盤取樣，以得到馬達之位置量。磁性編碼器使用霍爾效應(Hall-effect)。磁性編碼器具有可旋轉磁鐵盤與磁電晶體/電阻(magneto-transistor/resistor)，由磁鐵盤旁之霍爾元件或magneto-transistor/resistor來對磁鐵盤取樣以獲得馬達之位置信號。機械式編碼器具傳導與非傳導區塊，由滑動接觸區塊來取樣信號。
本揭露機構式編碼器之一實施例，該機構式編碼器包括組件、可撓性元件與位移訊號感測模組。所述組件具多數個撥動機構。可撓性元件包括第一壓電纖維層與第二壓電纖維層，其中第一壓電纖維層與第二壓電纖維層以一附著材料使彼此堆疊。可撓性元件經設置使所述撥動機構可撥動該可撓性元件之第一端，使該可撓性元件輸出位移電性訊號。位移訊號感測模組接收該位移電性訊號，以產生一位移量測訊號與一移動方向訊號。
本揭露機構式編碼器之另一實施例，該機構型編碼器包括基座、刻度條、可撓性元件與位移感測模組。刻度條具有等間隔之凹槽構造。可撓性元件包括兩層可撓性纖維層。該可撓性元件的第一端位於該刻度條之凹槽構造內，而該可撓性元件的第二端固定於該基座上，使得該刻度條相對該可撓性元件運動時，該刻度條之凹槽構造撥動該可撓性元件變形，以產生兩個主動式感測訊號。位移感測模組設置於該基座上，且電性連接至該可撓性元件以接收該可撓性元件所產生之主動式感測訊號後，產生位移資訊。
為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、200‧‧‧機構式編碼器
110、210、410、510‧‧‧組件
111‧‧‧齒輪
112、212‧‧‧馬達
113‧‧‧撥動機構
120、420、520、820‧‧‧可撓性元件
121‧‧‧第一壓電纖維層
122‧‧‧第二壓電纖維層
123‧‧‧第一壓電纖維
124‧‧‧第二壓電纖維
125‧‧‧第一阻尼材料
126‧‧‧第二阻尼材料
127‧‧‧附著材料
128‧‧‧矽基板
130、600、830‧‧‧位移訊號感測模組
140‧‧‧基座
211‧‧‧齒條
213‧‧‧第一鏈輪
214‧‧‧第二鏈輪
215‧‧‧驅動裝置
216‧‧‧凹槽構造/突齒
310‧‧‧第一壓電纖維
311‧‧‧第一壓電纖維的第一端
312‧‧‧第一壓電纖維的第二端
320‧‧‧第二壓電纖維
321‧‧‧第二壓電纖維的第一端
322‧‧‧第二壓電纖維的第二端
330‧‧‧電極部
340‧‧‧擺動部
341‧‧‧自由端
350‧‧‧第一金屬線
351‧‧‧第二金屬線
352‧‧‧第三金屬線
411‧‧‧突齒
412‧‧‧突齒間的深度
413‧‧‧突齒間的節距
421、422‧‧‧金屬線
423‧‧‧壓電纖維
610‧‧‧差動放大器
701、702、703‧‧‧曲線
831‧‧‧放大電路
832‧‧‧二值化電路
833‧‧‧計數器
A‧‧‧第一電氣接點
B‧‧‧第二電氣接點
d‧‧‧距離
G‧‧‧第三電氣接點
VGA 、VGB ‧‧‧電性輸出
圖1為依照本揭露實施例所述一種機構式編碼器之立體示意圖。
圖2是依照本揭露另一實施例所述一種機構式編碼器之立體示意圖。
圖3為依照本揭露實施例說明圖1所示機構式編碼器之可撓性元件之立體示意圖。
圖4為依照本揭露實施例說明圖1所示機構式編碼器之可撓性元件之透視示意圖。
圖5A為依照本揭露另一實施例說明機構式編碼器之可撓性元件之電極示意圖。
圖5B為依據本揭露另一實施例說明機構式編碼器之組件(刻度條)之突齒(撥動機構)示意圖。
圖6A、圖6B為依照本揭露實施例說明機構式編碼器之可撓性元件之動作狀態示意圖。
圖7為依照本揭露實施例說明機構式編碼器之位移訊號感測模組之電路示意圖。
圖8A為依照本揭露實施例說明具有不同材料比例之可撓性元件尺寸與頻率響應的特性曲線示意圖。
圖8B為依照本揭露實施例說明可撓性元件的響應阻尼設計的特性曲線示意圖。
圖9為依照本揭露實施例說明機構式編碼器之位移訊號感測模組之電路方塊示意圖。
請參閱圖1，其為依照本揭露實施例所述一種機構式編碼器100之立體示意圖。本揭露機構式編碼器100包括組件110、可撓性元件120與位移訊號感測模組130。組件110具多個撥動機構113，其中，這些撥動機構113是以連續方式或不連續方式配置在組件110上。該可撓性元件120的一端(自由端)係位於組件110之撥動機構113間，而該可撓性元件120的另一端(固定端)可電性連接該位移訊號感測模組130。本揭露係利用包含該可撓性元件120、該組件110與該位移訊號感測模組130之機構式編碼器100以應用於編碼器定位技術上。經由該組件110上之撥動機構113撥動該可撓性元件120的第一端，致使該可撓性元件120發生形變。當該可撓性元件120發生形變時，可撓性元件120因形變產生且輸出一主動式感測訊號(位移電性訊號)。組件110上之該撥動機構113彼此間的距離d可以提供一位置編碼資訊。該位移訊號感測模組130電性連接至可撓性元件120的第二端以接收所述主動式感測訊號(位移電性訊號)，並產生對應於組件110之運動的一位移量測訊號與一移動方向訊號，以提供高精度位移(置)訊號。其中該撥動機構113可為例如撥片、撥塊、及其它等效發明精神之元件。
本揭露機構式編碼器更包括一基座140，使該組件110、該可撓性元件120及該位移訊號感測模組130設置於其上。
組件110上的撥動機構113可以轉動或移動，使得該撥動機構113可以撥動可撓性元件120的第一端(自由端)。該撥動機構113可為連續式排列，或不連續式排列，或間歇性排列等，此等實施變化均屬於本揭露之範圍。例如，該組件110可包括一齒輪111。在一實施例中，如圖1所示，該組件110包括齒輪111與馬達112，其中所述撥動機構113可為齒輪111之突齒，且突齒彼此間形成一距離。馬達112可以驅動該齒輪111轉動，進而使齒輪111之突齒(撥動機構)可以撥動可撓性元件120的第一端。
圖1所述內容是諸多實施例的其中之一。具有撥動機構113的組件110的實現方式不應受限於圖1所示實施例。例如，在另一實施例中，具有多數個撥動機構之組件可以包括驅動裝置215與齒條211。圖2是依照本揭露另一實施例所述一種機構式編碼器200之立體示意圖。圖2所示實施例可以參照圖1的相關說明而類推之。請參照圖2，機構式編碼器200包括組件210、可撓性元件120與位移訊號感測模組130。組件210可以包括齒條211與驅動裝置215，而所述多數個撥動機構可以是所述齒條211之多數個凹槽構造/突齒216，且該凹槽構造/突齒216彼此間形成一距離d。所述驅動裝置215可以使該齒條211進行線性運動，進而使該凹槽構造/突齒216(即撥動機構)撥動可撓性元件120的第一端(自由端)。所述驅動裝置可以任何方式實現之。例如，於圖2所示實 施例中，驅動齒條211的所述驅動裝置215包括有一馬達212、一第一鏈輪213與一第二鏈輪214。該齒條211環繞於該第一鏈輪213與該第二鏈輪214，而所述馬達212驅動第一鏈輪213(或者在其他實施例中，所述馬達212可以驅動該第二鏈輪轉動214)，以帶動該齒條211進行迴轉或往復之線性運動。在齒條211進行迴轉或往復之線性運動過程中，齒條211表面的凹槽構造/突齒216(即撥動機構)可以撥動可撓性元件120的第一端。
請參閱圖3，其為依據本揭露實施例說明圖1所示機構式編碼器100之可撓性元件120之立體示意圖。圖2所示機構式編碼器200之可撓性元件120亦可以參照圖3的相關說明。該可撓性元件120包括一第一壓電纖維層121與一第二壓電纖維層122。第一壓電纖維層121包括多數個第一壓電纖維123，其中於第一壓電纖維層121中的該些第一壓電纖維123之間配置不導電的第一阻尼材料125。第二壓電纖維層122包括多數個第二壓電纖維124，其中於第二壓電纖維層122中的該些第二壓電纖維124之間配置不導電的第二阻尼材料126。所述第一阻尼材料125可以相同或不同於所述第二阻尼材料126。例如，所述第一阻尼材料125與所述第二阻尼材料126可以是矽膠、橡膠、塑膠或其他不導電的彈性材料。在一實施例中，第一壓電纖維層121與第二壓電纖維層122可以包括壓電陶瓷纖維或其他可撓性壓電薄膜，例如聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Difluoride，PVDF)、鋯鈦酸鉛陶瓷(Composite PZT)其中之一或其組合。第一壓電纖維層121中第 一壓電纖維123的極性方向與第二壓電纖維層122中第二壓電纖維124的極性方向互不相同。該第一壓電纖維層121與該第二壓電纖維層122以一附著材料127使彼此堆疊，其中所述附著材料127可以是矽基板、矽膠、塑膠、黏膠及/或其他具黏著性的物質。例如，在一些實施例中，第一壓電纖維層121與第二壓電纖維層122可以各自貼附於矽基板128的相對兩側表面，以形成可撓性元件120。
可撓性元件120的尺寸可以視實際產品的設計需求來決定。例如，可撓性元件120的寬度W小於圖1所示組件110的所述撥動機構113的個別寬度(或寬度W小於圖2所示齒條211表面的撥動機構216的個別寬度)。在一些實施例中，可撓性元件120的寬度W可以是組件110的所述撥動機構113、216的寬度的三分之一。在另一些實施例中，可撓性元件120的寬度W約略為100微米(μm)，可撓性元件120的高度H約略為5μm，而可撓性元件120的長度L約略為130μm。該可撓性元件120具有一第一端與一第二端，其中該可撓性元件120之第一端可以配置於組件110的撥動機構113、216處以接觸該撥動機構113、216，使得組件110的該撥動機構113、216可撥動該可撓性元件120，並輸出一位移電性訊號給位移訊號感測模組130。
請參閱圖4，其為依據本揭露實施例說明圖1所示機構式編碼器100之可撓性元件120之透視示意圖。圖2所示機構式編碼器200之可撓性元件120亦可以參照圖4的相關說明。可撓性 元件120包括電極部330與擺動部340。電極部330固設於基座140，而擺動部340具有自由端341可以自由擺盪。電極部330與擺動部340的尺寸可以視實際產品的設計需求來決定。例如，擺動部340的長度約略為130μm，而電極部330的長度約略為50μm。該第一壓電纖維層121包括多數個第一壓電纖維123，該第一壓電纖維123包括一第一端與一第二端。例如，圖4所示第一壓電纖維310包括第一端311與第二端312。第一壓電纖維層121的這些第一壓電纖維123、310之第一端彼此間以一第一金屬線350連接，並於該可撓性元件120之第二端形成一第一電氣接點A以電性連接該第一金屬線350。該第二壓電纖維層122包括多數個第二壓電纖維124，該第二壓電纖維124包括一第一端與一第二端。例如，圖4所示第二壓電纖維320包括第一端321與第二端322。第二壓電纖維層122的這些第二壓電纖維124、320之第一端彼此間以一第二金屬線351連接，並於該可撓性元件120之第二端形成一第二電氣接點B以電性連接該第二金屬線351。第一壓電纖維層121中該第一壓電纖維123、310之第二端與第二壓電纖維層122中該第二壓電纖維124、320之第二端以一第三金屬線352連接，並於該可撓性元件120之第二端形成一第三電氣接點G以電性連接該第三金屬線352。其中，該第一電氣接點A、該第二電氣接點B及該第三電氣接點G均配置於電極部330。
也就是說，該可撓性元件120之第一壓電纖維層121內的所有第一壓電纖維123、310相互並聯，以及第二壓電纖維層122 內的所有第二壓電纖維124、320相互並聯。其中該第一壓電纖維層121之所有第一壓電纖維123、310的第一端(例如第一壓電纖維310的第一端311)電性連接至第一電氣接點A，而該第二壓電纖維層122之所有第二壓電纖維124、320的第一端(例如第二壓電纖維320的第一端321)電性連接至第二電氣接點B。該第一壓電纖維層121之所有第一壓電纖維123、310的第二端(例如第一壓電纖維310的第二端312)與第二壓電纖維層122之所有第二壓電纖維124、320的第二端(例如第二壓電纖維320之第二端322)全部電性連接至第三電氣接點G。因此，該可撓性元件120包括該第一壓電纖維層121與該第二壓電纖維層122之雙層疊構，及三個電氣接點A、G和B。因此，可撓性元件120有兩個電性輸出VGA 與VGB ，其中第一壓電纖維層121的電性輸出為VGA ，而第二壓電纖維層122的電性輸出為VGB 。
請參閱圖5A，其為依據本揭露另一實施例說明機構式編碼器之可撓性元件420之電極示意圖。圖5A所示實施例可以參照圖1至圖4的相關說明而類推之。於圖5A所示實施例中，該電氣接點A和B位於可撓性元件400的後端，提供與該位移訊號感測模組電性連接。其中該電氣接點A和B即形成一對電極。在一實施例中，該可撓性元件420中第一壓電纖維層與第二壓電纖維層(圖中未示)的所有壓電纖維材料(例如壓電纖維423)可分別透過金屬線421與422電性連接至電氣接點A和B，進而透過電氣接點A和B產生主動式感測訊號(位移電性訊號)。於本實施例中， 可撓性元件420的第一與第二壓電纖維層的總厚度為5μm，而可撓性元件400的長x寬為130μm x 100μm。
請參閱圖5B，其為依據本揭露另一實施例說明機構式編碼器之組件(刻度條)410之突齒(撥動機構，例如突齒411)示意圖。圖5B所示實施例可以參照圖1至圖4的相關說明而類推之。如圖5B所示，在一實施例中，該組件410之突齒間的深度412大於6μm，該突齒之節距(Pitch)413大約10μm。
請參閱圖6A、圖6B，其為依據本揭露實施例說明機構式編碼器之可撓性元件520之動作狀態示意圖。圖6A、圖6B所示實施例可以參照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5A及/或圖5B的相關說明而類推之。在一實施例中，當該組件510包括一齒輪(或刻度條)時，該可撓性元件520位於該齒輪(或刻度條)之兩突齒間。當一驅動裝置(例如馬達等)驅動該齒輪轉動(或驅動刻度條移動)，則該齒輪(或刻度條)之突齒(即撥動機構)會推動該可撓性元件520的一自由端形變。依據圖6A所示，當該可撓性元件520向一側彎曲，則該可撓性元件520之內凹側為正電性，外凸側為負電性；當該可撓性元件520向另一側彎曲，則該可撓性元件520之內凹側為負電性，外凸側為正電性，以此輸出訊號。依據圖6B所示，當組件510的該突齒輪朝一方向移動時，該可撓性元件520在兩突齒間是不動的，此為初始狀態。當該可撓性元件520碰到移動過來的突齒時，則可撓性元件520的自由端被撥動撓曲而使該可撓性元件520形成彎曲形變。當該可撓性元件520 的自由端通過突齒而進入下一個突齒間的距離空間(凹槽構造)，則該可撓性元件520可以回復原狀。因此，當該可撓性元件520碰到移動過來的突齒，則被撥動撓曲使該可撓性元件520形成彎曲時，可撓性元件520內的壓電材料會產生訊號送至該位移訊號感測模組。
請參閱圖7，其為依照本揭露實施例說明機構式編碼器之位移訊號感測模組600之電路示意圖。圖7所示實施例可以參照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5A、圖5B、圖6A及/或圖6B的相關說明而類推之。於圖7所示實施例中，位移訊號感測模組600包括差動放大器610。可撓性元件中該第一及第二壓電纖維層的第一電氣接點A與第二電氣接點B分別連接到差動放大器610的第一輸入端及第二輸入端，而可撓性元件的第三電氣接點G耦接至一參考電壓(例如接地電壓或是其他固定電壓)。因此，可撓性元件可以分別輸入主動式感測訊號(位移電性訊號)VGA 與VGB 到該差動放大器610。當△V=(VGA -VGB )時，差動放大器610的輸出Vo=△V x Gain。因此，當Vo>0時，表示撥動機構(例如突齒)進行正向運動；當Vo<0時，表示撥動機構(例如突齒)進行反向運動。
請參閱圖8A與圖8B，其為依照本揭露實施例說明機構式編碼器之可撓性元件之特性曲線示意圖。圖8A與圖8B所示實施例可以參照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5A及/或圖5B的相關說明而類推之。在一實施例中，該可撓性元件的結構設計可為可撓 性元件長(L)：130μm；寬(W)：100μm；厚(H)：5μm。可撓性元件的適當剛性與阻尼特性可以使機構式編碼器得到適當頻寬，並避免因結構振動導致感測訊號的雜訊產生。因此，為使可撓性元件具有適當剛性與阻尼特性，本實施例可適當地依據實際應用需求而調整可撓性壓電纖維之尺寸與材料特性。
例如，圖8A顯示了具有不同材料比例之可撓性元件的尺寸與頻率響應的特性曲線示意圖，其中橫軸表示可撓性元件的長度(單位為mm)，而縱軸表示自然頻率(natural frequency)響應(單位為MHz)。其中，曲線701表示由90%的壓電陶瓷(壓電纖維)與10%的矽膠(阻尼材料)所組成的可撓性元件的特性曲線。曲線702表示由50%的壓電陶瓷(壓電纖維)與50%的矽膠(阻尼材料)所組成的可撓性元件的特性曲線。曲線703表示由30%的壓電陶瓷(壓電纖維)與70%的矽膠(阻尼材料)所組成的可撓性元件的特性曲線。圖8B顯示了可撓性元件的響應阻尼設計的特性曲線示意圖，其中橫軸表示時間，而縱軸表示信號。在圖8B是實施例中，可撓性元件的材料比例為90%壓電陶瓷與10%矽膠。其中撥動機構的結構剛性設計可為150KHz~1MHz的響應頻寬。因此，適當地阻尼設計可避免雜訊。
在其他實施例中，機構式編碼器還可以藉由調整可撓性元件的尺寸來決定響應頻寬。例如，當可撓性元件長度L為130μm，寬度W為100μm，高度(厚度)H為5μm，且可撓性元件的材料比例為90%壓電陶瓷與10%矽膠時，機構式編碼器的頻寬 可達150KHz。當可撓性元件長度L為50μm，寬度W為10μm，高度(厚度)H為5μm，且可撓性元件的材料比例為90%壓電陶瓷與10%矽膠時，機構式編碼器的頻寬可達1MHz。
請參閱圖9，其為依照本揭露實施例說明機構式編碼器之位移訊號感測模組830之電路方塊示意圖。圖9所示實施例可以與圖1所示、圖2、圖3、圖4、圖5A及/或圖5B的相關說明而類推之。該位移訊號感測模組830接收可撓性元件820所產生的該位移電性訊號，經該位移訊號感測模組830以產生一位移量測訊號與一移動方向訊號。其中該位移訊號感測模組830包括有一放大電路831、一二值化電路832及一計數器833。該位移訊號感測模組830之放大電路831可以將該可撓性元件820產生之一感測訊號(位移電性訊號)進行訊號振幅的放大。二值化電路832耦接至放大電路831，該二值化電路832將振幅放大後的訊號轉換成高低準位的數位訊號。計數器833耦接至二值化電路832以接收該數位訊號，該計數器833將對二值化電路832所輸出的數位訊號進行計數，以獲得具有多個撥動機構的組件(或刻度條)的位移量或角度。
機構式編碼器的實施方式不應受限於上述說明。例如，在另一實施例中，本揭露機構式編碼器包括一基座、一刻度條、一可撓性元件以及一位移訊號感測模組。該刻度條、該可撓性元件、該位移訊號感測模組係設置於該基座上。該刻度條具有等間隔之凹槽構造。該可撓性元件包括兩層可撓性纖維層。該可撓性 元件具有一第一端與一第二端，其中該第二端固定於該基座上，該第一端位於該刻度條之凹槽構造內，使得該刻度條相對該可撓性元件運動時，該刻度條之凹槽構造可撥動該可撓性元件變形，以產生兩個主動式感測訊號(例如位移電性訊號)。該位移訊號感測模組可接收該可撓性元件所產生之兩個主動式感測訊號後，產生位移資訊，同時，該位移訊號感測模組可依據其兩個主動式訊號之電壓差而判斷刻度條的移動方向。
其中該刻度條中相鄰於凹槽結構為多數個突齒。本揭露更包括有一驅動裝置驅動該刻度條移動。
該可撓性元件包含至少兩層可撓性纖維層，其中該兩層可撓性纖維層以一矽膠固定。該兩層可撓性纖維層為一第一壓電纖維層及一第二壓電纖維層。該第一壓電纖維層包括多數個第一壓電纖維。該第一壓電纖維包括一第一端與一第二端，且該些第一壓電纖維之第一端彼此間以一第一金屬線連接，並於該可撓性元件之第二端形成一第一電氣接點A以電性連接該第一金屬線。該第二壓電纖維層包括多數個第二壓電纖維。該第二壓電纖維包括一第一端與一第二端，且該些第二壓電纖維之第一端彼此間以一第二金屬線連接，並於該可撓性元件之第二端形成一第二電氣接點B以電性連接該第二金屬線。該第一壓電纖維之第二端與該第二壓電纖維之第二端以一第三金屬線連接，並於該可撓性元件之第二端形成一第三電氣接點以電性連接該第三金屬線G。
本揭露的實施例除刻度條外，其它構件相似於前術實施 例，在此不予贅述。本實施例所述刻度條可以參照圖5B所示組件(刻度條)410的相關說明而類推之。本實施例所述可撓性元件與位移訊號感測模組可以參照圖1、圖2、圖3及/或圖4所示可撓性元件120與位移訊號感測模組130的相關說明而類推之。或者，本實施例所述可撓性元件可以參照圖5A所示可撓性元件420的相關說明而類推之，或可以參照圖6A與圖6B所示可撓性元件520的相關說明而類推之。或者，本實施例所述位移訊號感測模組可以參照圖7所示位移訊號感測模組600的相關說明而類推之，或可以參照圖9所示位移訊號感測模組830的相關說明而類推之。
本揭露的實施例至少具有如下特點。本揭露的實施例所提供一種機構式編碼器，其可以利用刻度條(或具有撥動機構之組件)與可撓性元件的元件寬度比設計(例如3：1或其他比例值)而使得刻度條(或具有撥動機構之組件)與可撓性元件兩者之間的對位組裝設計簡單且有效。本揭露的實施例提供組裝簡單之機構式編碼器，其中可撓性元件位於刻度條的凹槽構造內，刻度條與可撓性元件兩個元件的組裝簡單。本揭露的實施例提供低雜訊之機構式編碼器，其中可撓性元件由壓電纖維與阻尼材料組成，透過幾何尺寸與材料比例的設計可以調整可撓性元件的剛性、頻寬與響應阻尼特性，以及調整機構式編碼器的頻寬與阻尼響應，使可撓性元件被撥動之後回復速度情況可以與刻度條的移動速度匹配，避免因可撓性元件元件低阻尼響應所造成的雜訊。
綜上所述，本揭露機構式編碼器利用可撓性元件經由撥 動機構撥動該可撓性元件致使該可撓性元件形變。當該可撓性元件因形變產生一主動式感測訊號，其該撥動機構彼此間的距離提供一位置編碼資訊，將該主動式感測訊號透過後端該位移訊號感測模組接收，並產生一位移量測訊號與一移動方向訊號，以提供高精度位移(置)訊號，確實符合專利要件，爰依法提出申請。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧機構式編碼器
110‧‧‧組件
111‧‧‧齒輪
112‧‧‧馬達
113‧‧‧撥動機構
120‧‧‧可撓性元件
130‧‧‧位移訊號感測模組
140‧‧‧基座
d‧‧‧距離

Claims (24)

  1. 一種機構式編碼器，包括：一組件，具多數個撥動機構；一可撓性元件，包括一第一壓電纖維層與一第二壓電纖維層，該第一壓電纖維層與該第二壓電纖維層以一附著材料使彼此堆疊，其中該可撓性元件具有一第一端與一第二端，該可撓性元件經設置使該多數個撥動機構可撥動該可撓性元件之第一端而使該可撓性元件輸出一位移電性訊號；及一位移訊號感測模組，接收該位移電性訊號以產生對應於該組件之運動的一位移量測訊號與一移動方向訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之機構式編碼器，其中該多數個撥動機構是以連續方式或不連續方式配置在該組件上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之機構式編碼器，其中該組件包括一齒輪，該多數個撥動機構係為該齒輪之多數個突齒。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之機構式編碼器，其中該組件更包括有一馬達使驅動該齒輪轉動。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之機構式編碼器，其中該組件包括一齒條，該多數個撥動機構為該齒條之多數個突齒。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之機構式編碼器，其中該組件更包括有一驅動裝置，使該齒條進行線性運動。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之機構式編碼器，其中該驅動裝置包括有一第一鏈輪、一第二鏈輪與一馬達，該齒條環繞於該 第一鏈輪與該第二鏈輪，以及該馬達驅動該第一鏈輪或該第二鏈輪轉動，以帶動該齒條進行線性運動。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之機構式編碼器，其中該可撓性元件的寬度小於該多數個撥動機構的個別寬度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之機構式編碼器，其中該可撓性元件的寬度為該多數個撥動機構的個別寬度的三分之一。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之機構式編碼器，其中該附著材料為一矽膠。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之機構式編碼器，其中該第一壓電纖維層包括多數個第一壓電纖維，該第一壓電纖維包括一第一端與一第二端，且該些第一壓電纖維之第一端彼此間以一第一金屬線連接，並於該可撓性元件之該第二端形成一第一電氣接點以電性連接該第一金屬線；該第二壓電纖維層包括多數個第二壓電纖維，該第二壓電纖維包括一第一端與一第二端，且該些第二壓電纖維之第一端彼此間以一第二金屬線連接，並於該可撓性元件之該第二端形成一第二電氣接點以電性連接該第二金屬線；及該些第一壓電纖維之第二端與該些第二壓電纖維之第二端以一第三金屬線連接，並於該可撓性元件之該第二端形成一第三電氣接點以電性連接該第三金屬線。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之機構式編碼器，其中該第三電氣接點耦接至一參考電壓，以及該第一電氣接點與該第二電氣接點輸出該位移電性訊號給該位移訊號感測模組。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之機構式編碼器，其中於該第一壓電纖維層中的該些第一壓電纖維之間配置不導電的一第一阻尼材料，以及於該第二壓電纖維層中的該些第二壓電纖維之間配置不導電的一第二阻尼材料。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之機構式編碼器，更包括一基座，使該組件、該可撓性元件及該位移訊號感測模組設置於其上。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之機構式編碼器，其中該位移訊號感測模組包括：一放大電路，該位移訊號感測模組之該放大電路將該可撓性元件產生之該位移電性訊號進行訊號振幅的放大；一二值化電路，耦接至該放大電路，該二值化電路將所述振幅放大後的訊號轉換成一數位訊號；以及一計數器，耦接至該二值化電路以接收該數位訊號，該計數器進行計數位移量或角度。
  16. 一種機構式編碼器，包括：一基座；一刻度條，具有等間隔之凹槽構造；一可撓性元件，包括兩層可撓性纖維層，該可撓性元件具有一第一端與一第二端，該可撓性元件的該第一端位於該刻度條之凹槽構造內，該可撓性元件的該第二端固定於該基座上，使得該刻度條相對該可撓性元件運動時，該刻度條之凹槽構造撥動該可 撓性元件變形，以產生兩個主動式感測訊號；一位移訊號感測模組，設置於該基座上，且電性連接至該可撓性元件以接收該可撓性元件所產生之該些主動式感測訊號後，產生位移資訊。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之機構式編碼器，其中於該刻度條中相鄰於凹槽結構為多數個突齒。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之機構式編碼器，其中更包括有一驅動裝置驅動該刻度條移動。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之機構式編碼器，其中該兩層可撓性纖維層以一矽膠固定。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之機構式編碼器，其中該兩層可撓性纖維層為一第一壓電纖維層及一第二壓電纖維層；該第一壓電纖維層包括多數個第一壓電纖維，該第一壓電纖維包括一第一端與一第二端，且該些第一壓電纖維之第一端彼此間以一第一金屬線連接，並於該可撓性元件之該第二端形成一第一電氣接點以電性連接該第一金屬線；該第二壓電纖維層包括多數個第二壓電纖維，該第二壓電纖維包括一第一端與一第二端，且該些第二壓電纖維之第一端彼此間以一第二金屬線連接，並於該可撓性元件之該第二端形成一第二電氣接點以電性連接該第二金屬線；及該些第一壓電纖維之第二端與該些第二壓電纖維之第二端以一第三金屬線連接，並於該可撓性元件之該第二端形成一第三電氣接點以電性連接該第三金屬線。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之機構式編碼器，其中該第三電氣接點耦接至一參考電壓，以及該第一電氣接點與該第二電氣接點輸出該些主動式感測訊號給該位移訊號感測模組。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之機構式編碼器，其中於該第一壓電纖維層中的該些第一壓電纖維之間配置不導電的一第一阻尼材料，以及於該第二壓電纖維層中的該些第二壓電纖維之間配置不導電的一第二阻尼材料。
  23. 如申請專利範圍第16項所述之機構式編碼器，其中該位移訊號感測模組包括：一放大電路，該位移訊號感測模組之該放大電路將該可撓性元件產生之該些主動式感測訊號進行訊號振幅的放大；一二值化電路，耦接至該放大電路，該二值化電路將所述振幅放大後的訊號轉換成一數位訊號；以及一計數器，耦接至該二值化電路以接收該數位訊號，該計數器進行計數位移量或角度。
  24. 如申請專利範圍第16項所述之機構式編碼器，其中該位移訊號感測模組依據該兩個主動式感測訊號之電壓差判斷該刻度條的移動方向。
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