[发明专利]用于二维定位的具有位置编码器的驱动机构

说明书

技术领域

本发明涉及用于在二维空间中定位物体的驱动机构(driving mechanism)，更具体是涉及一种具有位置编码器的驱动机构，以在操 作过程中通过驱动机构实现在二维空间中的控制定位。

背景技术

用于驱动物体如相机镜头(camera lenses)的特定驱动机构需要 在操作过程中能够在至少二维空间，例如在旋转方向和线性方向中精 确地定位该物体。通常，旋转线性驱动机构的线性和角度位置能够通 过光学方法(optical means)得以确定。例如，专利号为6,765,195、 发明名称为“用于二维绝对光学编码(Absolute Optical Encoding)的 方法和装置”的美国专利描述了一种用于确定物体在二维空间中位置 的光学编码器。该编码器包含有标尺(scale)、用于照射该标尺的装 置、用于形成图案图像的装置、用于输出信号的检测器装置和用于确 定物体在二个方向上的绝对位置的分析装置，该标尺具有图案 (pattern)，其被预先确定以在标尺上显示绝对位置。通过该标尺和 图案，得以知晓物体的位置，从而驱动机构可以控制物体在二维空间 中的移动。

然而，通常光学编码器使用起来笨重且昂贵，尤其是需要大量的 空间来安装编码器镜头组件和光学标尺以检测物体的位置。对于装配 空间非常宝贵的紧凑型装置而言，光学编码器是不被期望的。

另一种类型的编码器使用感应式传感器，其不需要光学装置来检 测物体的位置。这种编码器的一个实例公开于专利号为5,757,182、发 明名称为“具有正弦分布绕组(Sinusoidally Distributed Winding)的 可变磁阻式角度旋转传感器(Variable-Reluctance-Type Angular Rotation Sensor)”的美国专利中，在该配置中，正弦分布绕组形成于 均匀分布的槽孔中，以致于被驱动的物体的角度位置使用可变磁阻的 原理(variable-relunctance principles)得以确定。但是，这种感应式 传感器按惯例不能够检测物体在两个方向上的位置，例如角度上的位 移和直线上的位移。因此，包含有感应式位置编码器的驱动机构被操 作来提供物体仅仅在一个方向上的可控驱动，尤其是旋转方向。提供 比光学编码器更加紧凑的，并能检测物体在二维空间中的位置的感应 式编码器是令人期望的。这种驱动机构可以提供物体在二维空间中的 可控驱动，尤其是在需要驱动机构线性移动物体和旋转物体的场合。

另外，现有的提供有旋转和线性移动的马达需要两组线圈和磁体 以提供旋转力矩和线性移动力。同样这也需要两个驱动器(drivers) 来驱动各组线圈和磁体，这些提高了部件的数量和成本。例如，专利 号为7,038,334、发明名称为“高精度激光加工装置”的美国专利描述 了如何使用旋转马达和独立的线性马达来分别提供旋转和线性移动。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种感应式编码器，其使用驱动机 构在两个方向上驱动物体，来检测该物体的旋转和线性位移，从而避 免光学编码器的不足。

本发明的另一目的在于提供一种马达，和传统的旋转线性马达相 比，在该马达中单独使用一组线圈和磁体产生马达的旋转和线性移 动，以减少部件的数量和成本。

于是，一方面，本发明提供一种驱动机构，该驱动机构包含有： 固定座；移动座，在该移动座上安装有待驱动的物体；驱动马达，该 驱动马达被操作来驱动移动座相对于固定座线性移动和转动；以及感 应式编码器，其被操作来确定移动座相对于固定座的线性和转动位 移，借此来提供该物体在线性和转动方向上位置的闭环控制。

另一方面，本发明提供一种包括驱动机构的马达，该驱动机构包 含有：磁体组件；固定座，其和磁体组件分隔开来以形成气隙，用于 在该固定座和磁体组件之间在该气隙中产生磁通线；以及线圈组件， 其包含有多个设置在该气隙中的线圈，该线圈组件被操作来和该磁通 线产生电磁作用，导致磁体组件和线圈组件二者在第一线性位置和第 二线性位置之间相对于彼此线性移动，以及二者在第一线性位置和第 二线性位置处相对于彼此转动；其中，该线圈组件的局部被配置来延 伸超出该磁体组件，并在所述的第一线性位置和第二线性位置处被设 置在磁通线的外侧。