CN109219734A - 旋转检测装置以及中空致动器 - Google Patents

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Abstract

本发明所涉及的中空型的旋转检测装置(3)具备：同轴地固定于中空电动机轴的轴端部(6)的外周面的2极磁环(15)以及多极齿轮(16)，所述中空电动机轴在圆筒状罩13的内部以同轴的方式而延伸。在圆筒状罩(13)、与2极磁环(15)以及多极齿轮(16)之间的圆环状间隙(20)中，刚性基板(21～25)在圆周方向上以隔开规定间隔并朝向切线方向的姿势而排列。利用柔性印刷电路基板(26、27、28、……)而将各刚性基板之间电连接。能够实现适合于下述结构的旋转检测装置，即：能够组装至具有较大的中空内径的中空电动机(1)的电动机外壳(4)与中空电动机的轴端部(6)之间的圆环状间隙(20)。

Description

旋转检测装置以及中空致动器
技术领域
本发明涉及一种适合组装于内径较大的中空致动器的结构的旋转检测装置。
背景技术
作为用于检测电动机旋转位置等的旋转检测装置，众所周知有例如磁式编码器。专利文献1公开了：安装有磁式编码器的中空电动机。专利文献1所公开的磁式编码器构成为：在中空电动机的轴端部，沿着圆环状的基座板的圆环状端面，将编码器用的柔性印刷电路基板绕成环状，在该基板的表面安装有磁检测元件。另外，在中空电动机的轴端部，以包围中空部的状态而搭载有扇形形状的编码器用的信号处理电路基板(IF电路基板)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-68049号公报(图1、图3、图4)
发明内容
在中空电动机、或者在具备中空电动机和中空减速机的中空致动器(下面，将这些装置统称为中空致动器)中，为了布线以及其他用途，有时要求形成为较大的中空部。另外，由于设置空间的限制等，故而有时要求增大中空部但却不增大外径尺寸。
这种情况下，用于检测旋转位置或者转速等的电动机编码器等旋转检测装置的设置空间也受到限制。即，需要将旋转检测装置组装到中空部和装置壳体之间的狭窄的圆环状设置空间内。
为了将旋转检测装置的构成部件组装到狭窄的圆环状设置空间内，一般采用如下方法：简化旋转检测装置的电路结构的方法；或者高密度地对部件进行安装的方法，以此来削减所需的设置空间。然而，前者的方法存在如下问题：产生无法满足所需功能的情况，后者的方法存在如下问题：导致成本提升。
如专利文献1记载的那样，将柔性印刷电路基板绕成圆环状，并在其表面安装磁检测元件等，由此，能够高效地将编码器部件配置于狭窄的圆环状设置空间内。然而，磁检测元件等检测元件例如需要以90度间隔而配置于多处位置，因此，在用于不同尺寸的中空致动器的情况下，其线缆长度并不匹配。由此，有时需要制作出适合于各种型号的电动机的长度的布线基板，从而导致成本提升。
鉴于上述这些问题，本发明的课题在于提供：适合于组装到中空致动器的中空部外周的狭窄的圆环状间隙的旋转检测装置、以及具备该旋转检测装置的中空致动器。
为了解决上述课题，本发明的旋转检测装置具有：
旋转体，其同轴地固定于检测对象的中空旋转轴的外周面；
圆筒状罩，其包围所述旋转体；
圆环状间隙，其形成于所述旋转体的外周面与所述圆筒状罩的内周面之间；
多个刚性基板，它们在所述圆环状间隙内沿其圆周方向而排列；以及
多个导通部件，它们在所述圆环状间隙内将所述刚性基板之间电连接，
所述旋转检测装置的特征在于，
所述刚性基板分别配置成：相对于所述旋转体的所述外周面而沿着切线方向延伸的状态，
所述刚性基板包含：安装有检测元件的多个检测元件安装基板，该检测元件用于对所述旋转体的旋转状态(旋转位置、旋转速度、转速等)进行检测。
旋转检测装置例如组装于中空电动机的中空电动机轴的外周，并用于对该中空电动机轴的旋转位置等进行检测。这种情况下，圆筒状罩同轴地安装于电动机外壳的轴端，或者电动机外壳的端部被用作圆筒状罩。旋转体同轴地安装于中空电动机轴的轴端部的外周面。
对于形成有较大的中空部、且外径尺寸受到限制的中空电动机而言，旋转体外周面与圆筒状罩的内周面之间的圆环状间隙变得狭窄。在本发明中，在圆环状间隙内配置有：沿着其圆周方向而安装有检测元件的多个刚性基板，利用导通部件而将各刚性基板之间电连接。
例如，在使用矩形的刚性基板的情况下，为了能够将各刚性基板配置于圆环状间隙内，只要预先设定其长度即可。在圆环状间隙比较狭窄而无法组装足够长度的刚性基板的情况下，只要扩大各刚性基板的宽度(装置轴线方向上的长度)而确保电子部件的安装面积即可。
另外，在组装于不同尺寸的中空电动机的情况下，也可以通用各刚性基板，作为将上述基板之间连接起来的导通部件，例如，只要预先准备不同长度的柔性印刷电路基板即可。由于不需要针对不同尺寸的每一个中空电动机而制作：供旋转检测元件的各部件安装的刚性基板，因此，有利于降低旋转检测装置的制作成本。
另一方面，在本发明中，也可以将多个刚性基板以能够拆装的状态借助连结部而连结成圆环状。这种情况下，刚性基板间的信号的传输距离缩短，有利于提高耐噪性。另外，能够提高圆环状间隙内的刚性基板的空间占有率，从而能够高效地配置多个刚性基板。
本发明的旋转检测装置可以构成为磁编码器。例如，作为所述旋转体，可以设为如下磁式绝对编码器，其具备：在装置轴线方向上以同轴状态而相邻配置的2极磁环以及多极磁环。这种情况下，作为所述检测元件安装基板，配置有2极侧编码器基板和多极侧编码器基板，其中，所述2极侧编码器基板安装有：对所述2极磁环的旋转磁场进行检测的2极侧磁检测元件，所述多极侧编码器基板安装有：对所述多极磁环的旋转磁场进行检测的多极侧磁检测元件。
接下来，本发明的中空致动器具有中空电动机和旋转检测装置，为了对所述中空电动机的中空电动机轴的旋转状态进行检测，将所述旋转检测装置组装于该中空电动机的中空电动机轴的外周，所述中空致动器的特征在于，作为所述旋转检测装置而使用上述结构的旋转检测装置。
附图说明
图1是表示应用了本发明的带有旋转检测装置的中空电动机的立体图以及端面图。
图2是表示刚性基板的配置例的立体图以及端面图。
图3是表示应用了本发明的旋转检测装置的基板排列结构的另一例子的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1(a)是表示应用了本发明的中空致动器亦即带有旋转检测装置的中空电动机的立体图，其示出了旋转检测装置的装置罩拆下后的状态。图1(b)是表示旋转检测装置的端面图。
带有旋转检测装置的中空电动机1(下面，简称为“中空电动机1”)具备：电动机主体部2；以及在上述电动机主体部2的中心轴线1a方向上的一侧端部组装的旋转检测装置3，圆形截面的中空部4在上述部件的中心部分贯通延伸。电动机主体部2具备：圆形轮廓的电动机外壳5；以及同轴地配置于上述电动机外壳5的中心的中空电动机轴(未图示)。在电动机外壳5的内周面安装有电动机定子(未图示)，在中空电动机轴的外周面安装有电动机转子(未图示)。
旋转检测装置3是：外径及内径与电动机主体部2的外径及内径均相同的中空型的旋转检测装置，其同轴地组装于电动机主体部2的后端(输出侧的相反侧的端部)。旋转检测装置3具备：同轴地固定于电动机主体部2后端的环状的安装架11；以及同轴地安装于上述安装架11的、由虚拟线示出的装置罩12。装置罩12具备：同轴地从安装架11沿着中心轴线1a的方向延伸的圆筒状罩13；以及安装于圆筒状罩13后端的圆盘状的尾罩14。圆筒状罩13的外径尺寸与电动机外壳5的外径尺寸相同。
本例的旋转检测装置3是绝对式磁编码器，其具备：2极磁环15和多极齿轮16；以一定的间隔而与2极磁环15的外周面对置的一对2极侧磁检测元件18、19；以及以一定的间隔而与多极齿轮16的外周面对置的多极侧磁检测元件17A和偏置磁铁17B。上述各部件配置于圆筒状罩13的内部。多极齿轮16在圆形外周面以一定的间隔形成有多个外齿，这些外齿被用作磁极部。
在圆筒状罩13的内部，未图示的中空电动机轴的圆筒状的轴端部6同轴地延伸。在圆筒状的轴端部6的外周面，以一体旋转的方式同轴地安装有：作为旋转体的2极磁环15以及多极齿轮16。2极磁环15安装于电动机侧，在相反侧安装有多极齿轮16。
在圆筒状罩13的圆形内周面、与2极磁环15以及多极齿轮16的外周面之间，形成有圆环状间隙20。圆环状间隙20的中心轴线1a方向上的电动机侧的端部由安装架11封堵，另一端部由尾罩14封堵。
在该圆环状间隙20内，沿着圆周方向以规定间隔而配置有多个刚性基板，在图示的例子中配置有5个刚性基板21～25。刚性基板21～25是矩形轮廓的基板，它们配置成：其长度方向相对于2极磁环15、多极齿轮16的外周面而朝向切线方向，其宽度方向朝向中心轴线1a的方向。另外，各刚性基板21～25的宽度方向上的端部以螺纹紧固的方式而固定于在安装架11所形成的基板安装用外周端面11a。另外，刚性基板21～25的轮廓形状可以是矩形以外的形状，形状可以各不相同。
在本例中，作为将各刚性基板21～25之间电连接的导通部件，使用了柔性印刷电路基板26、27、28、29、30……。作为各柔性印刷电路基板26～30，可以使用长度及宽度不同的结构。也可以使用相同宽度的柔性印刷电路基板。
在刚性基板21～25的两面，安装有旋转检测装置3的电子部件。例如，在刚性基板24、25分别安装有2极侧磁检测元件18、19，在刚性基板21安装有多极侧磁检测元件17A。绕中心轴线1a以90度的角度间隔而配置有2极侧磁检测元件18、19，中空电动机轴每旋转1圈则以1个周期而从一方输出A相用信号、且从另一方输出B相用信号。中空电动机轴每旋转1圈则以与齿轮的每一个齿、或者与齿轮齿数相对应的周期而从多极侧磁检测元件17A输出A、B相用的信号。例如，在刚性基板22、23安装有信号处理电路，基于这些电路的信号而生成：表示电动机中空轴的原点位置、旋转1圈内的绝对角度位置以及转速(旋转速度)的编码器信号。
如图2所示，安装有多极侧磁检测元件17A的刚性基板21配置于：在圆周方向上从安装有2极侧磁检测元件18、19的刚性基板24、25的双方离开的位置。其结果，安装于刚性基板21的多极信号生成用的偏置磁铁17B也配置于：从刚性基板24、25侧的2极侧磁检测元件18、19离开的位置。据此，能够减弱偏置磁铁17B针对2极侧的磁干扰，从而能够实现精度较高的信号检测。
(刚性基板排列的另一例)
图3是表示在圆环状间隙20内配置的刚性基板的排列结构的另一例的说明图。如该图所示，也可以不使用柔性印刷电路基板等的线缆而是以能够在圆周方向上拆装的方式而直接将多个矩形轮廓的刚性基板41、42、43……连结。
可以以规定角度且借助能够拆装地连结的连结部51而将相邻的刚性基板例如刚性基板41、42之间连结起来。附图中由点划线来表示连结部51的安装部分，关于其具体结构，省略了图示。连结部51具备：作为将双方的刚性基板41、42电连接的导电部分的功能。
例如，作为将刚性基板41、42之间连结起来的连结部51，可以使用被称作销头(销、插座、跨接件(jumper))的端子。只要预先将销安装于一方的刚性基板41、且将能够供销插入固定的插座安装于另一方的刚性基板42即可。在刚性基板42、43之间，也可以在点划线所示的部分配置同样结构的连结部52，并以规定的角度且以能够拆装的状态将这些刚性基板42、43连结。
这样，由于信号的传输距离缩短，因此，能够提高安装于这些刚性基板的电路的耐噪性。另外，由于能够无浪费地使得多个刚性基板在狭窄的圆环状间隙内排列，因此，能够提高间隙的利用效率。此外，通过改变各刚性基板间的连结角度，能够将相同的刚性基板应用于不同尺寸的中空致动器，从而在成本方面也比较有利。
(其他实施方式)
上述实施方式是旋转检测装置构成为绝对式磁编码器的情形的例子。旋转检测装置也可以是磁编码器以外的光学式编码器。另外，除了多极齿轮以外，也可以是多极环状磁铁。
另外，当然对于具备中空电动机和中空减速机的结构的中空致动器也同样能够应用本发明。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种旋转检测装置，具有：
旋转体，其同轴地固定于检测对象的中空旋转轴的外周面；
圆筒状罩，其包围所述旋转体；
圆环状间隙，其形成于所述旋转体的外周面与所述圆筒状罩的内周面之间；
多个刚性基板，它们在所述圆环状间隙内沿其圆周方向而排列；以及
多个导通部件，它们在所述圆环状间隙内将所述刚性基板之间电连接，
所述旋转检测装置的特征在于，
所述刚性基板分别配置成：相对于所述旋转体的所述外周面而沿着切线方向延伸的状态，
所述刚性基板包含：安装有检测元件的多个检测元件安装基板，该检测元件用于对所述旋转体的旋转状态进行检测，
所述旋转体具备：在装置轴线方向上以同轴状态而相邻配置的2极磁环以及多极齿轮，
所述检测元件安装基板中包含：2极侧编码器基板和多极侧编码器基板，其中，所述2极侧编码器基板安装有：对所述2极磁环的旋转磁场进行检测的2极侧磁检测元件，所述多极侧编码器基板安装有：对所述多极齿轮的旋转磁场进行检测的多极侧磁检测元件。
2.根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，
所述导通部件是柔性印刷电路基板。
3.根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，
在所述圆周方向上相邻的所述刚性基板分别借助能够拆装的连结部而相互连结起来，
所述连结部包含：作为所述导通部件而发挥功能的连结部。
4.(删除)
5.(修改后)根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，
所述旋转检测装置具备多级磁环以取代所述多极齿轮。
6.(修改后)一种中空致动器，具有中空电动机以及旋转检测装置，为了对所述中空电动机的中空电动机轴的旋转状态进行检测，将所述旋转检测装置组装于该中空电动机轴的外周，
所述中空致动器的特征在于，
所述旋转检测装置是：权利要求1、2、3以及5中任一项所述的旋转检测装置。

Claims (6)

1.一种旋转检测装置，具有：
旋转体，其同轴地固定于检测对象的中空旋转轴的外周面；
圆筒状罩，其包围所述旋转体；
圆环状间隙，其形成于所述旋转体的外周面与所述圆筒状罩的内周面之间；
多个刚性基板，它们在所述圆环状间隙内沿其圆周方向而排列；以及
多个导通部件，它们在所述圆环状间隙内将所述刚性基板之间电连接，
所述旋转检测装置的特征在于，
所述刚性基板分别配置成：相对于所述旋转体的所述外周面而沿着切线方向延伸的状态，
所述刚性基板包含：安装有检测元件的多个检测元件安装基板，该检测元件用于对所述旋转体的旋转状态进行检测。
2.根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，
所述导通部件是柔性印刷电路基板。
3.根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，
在所述圆周方向上相邻的所述刚性基板分别借助能够拆装的连结部而相互连结起来，
所述连结部包含：作为所述导通部件而发挥功能的连结部。
4.根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，
所述旋转体具备：在装置轴线方向上以同轴状态而相邻配置的2极磁环以及多极齿轮，
所述检测元件安装基板中包含：2极侧编码器基板和多极侧编码器基板，其中，所述2极侧编码器基板安装有：对所述2极磁环的旋转磁场进行检测的2极侧磁检测元件，所述多极侧编码器基板安装有：对所述多极齿轮的旋转磁场进行检测的多极侧磁检测元件。
5.根据权利要求4所述的旋转检测装置，其特征在于，
所述旋转检测装置具备多级环状磁铁以取代所述多极齿轮。
6.一种中空致动器，具有中空电动机以及旋转检测装置，为了对所述中空电动机的中空电动机轴的旋转状态进行检测，将所述旋转检测装置组装于该中空电动机轴的外周，
所述中空致动器的特征在于，
所述旋转检测装置是：权利要求1至5中任一项所述的旋转检测装置。
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