CN110880836B - 编码器的旋转部件的安装结构以及安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的安装结构是检测设于电动机(12)的转子(26)的磁铁(29)的相位角度的编码器(10)的旋转部件(15)的安装结构，具备：旋转轴(14)，其通过电动机(12)的驱动而旋转；旋转部件(15)，其形成有用于检测相位角度的相位角度检测用图案(17)；以及凸台(31)，为了将旋转部件(15)安装于旋转轴(14)的端部而安装于旋转部件(15)，在旋转轴(14)的端部以及凸台(31)设有第一定位结构(PD3)，该第一定位结构(PD3)用于围绕旋转轴(14)对凸台(31)相对于旋转轴(14)的相对安装位置进行定位。

Description

编码器的旋转部件的安装结构以及安装方法
技术领域
本发明涉及检测设于电动机的转子上的磁铁的相位角度的编码器的旋转部件的安装结构以及编码器的旋转部件的安装方法。
背景技术
在日本特开2018-091739号公报中，公开了一种在旋转轴安装有旋转板(旋转部件)的旋转编码器(编码器)。
发明内容
在日本特开2018-091739号公报中，在将旋转板安装于旋转轴时，需要进行位置调整，以使设于电动机的转子的磁铁的相位角度与形成于旋转板的用于检测该相位角度的图案的相位角度之间的相位成为预先决定的状态，在安装上花费劳力和时间。
因此，本发明的目的在于提供一种能够以使磁铁的相位角度与形成于编码器的旋转部件的图案的相位角度之间的相位成为预先决定的状态的方式简单地将旋转部件安装于旋转轴的编码器的旋转部件的安装结构以及编码器的旋转部件的安装方法。
本发明的第一方案是用于检测设于电动机的转子的磁铁的相位角度的编码器的旋转部件的安装结构，具备：旋转轴，该旋转轴通过上述电动机的驱动而旋转；上述旋转部件，该旋转部件形成有用于检测上述相位角度的相位角度检测用图案；以及凸台，为了将上述旋转部件安装于上述旋转轴的端部而将该凸台安装于上述旋转部件，在上述旋转轴的端部以及上述凸台设有第一定位结构，该第一定位结构用于围绕上述旋转轴对上述凸台相对于上述旋转轴的相对安装位置进行定位。
本发明的第二方案是用于检测设于电动机的转子的磁铁的相位角度的编码器的旋转部件的安装方法，上述编码器具备：上述旋转部件，该旋转部件形成有用于检测上述相位角度的相位角度检测用图案；以及凸台，为了将上述旋转部件安装于通过上述电动机的驱动而旋转的旋转轴的端部而安装于上述旋转部件，在上述旋转轴的端部形成有缺口圆柱部，该缺口圆柱部具有以与上述旋转轴平行的平面切割圆柱部件而成的缺口面，在上述凸台形成有供上述缺口圆柱部插入的凸台孔以及从上述凸台的外周面插通至凸台孔的螺纹孔，该编码器的旋转部件的安装方法包括如下步骤：将上述缺口圆柱部插入上述凸台孔的步骤；以及通过使螺钉螺纹结合于上述螺纹孔并用上述螺钉按压上述缺口面，从而将上述旋转部件固定于上述旋转轴的步骤。
根据本发明，能够以使磁铁的相位角度与形成于旋转部件的图案的相位角度之间的相位成为预先决定的状态的方式简单地将旋转部件安装于旋转轴。根据以下的参照附图而说明的实施方式的说明，应当能够容易地理解上述目的、特征以及优点。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的编码器的简要结构的一例的图。
图2是实施方式的编码器的旋转部件的俯视图。
图3是表示由粘接剂将旋转部件安装于电动机轴时的状态的比较例的图。
图4是表示实施方式的电动机轴以及转子的立体图。
图5是表示实施方式的凸台的立体图。
图6是表示旋转部件的位置调整用标记与凸台的位置调整用标记对齐的状态的图。
图7A以及图7B是用于说明将实施方式的安装有凸台的旋转部件安装于电动机轴的方法的图。
具体实施方式
下面，关于本发明所涉及的编码器的旋转部件的安装结构以及编码器的旋转部件的安装方法，示出优选的实施方式，一边参考附图一边详细地进行说明。
〔实施方式〕
图1是表示编码器10的简要结构的一例的图。编码器10检测电动机12(例如伺服电动机)的电动机轴(旋转轴)14的旋转角度。
此外，在本实施方式中，编码器10检测电动机12的电动机轴14的旋转角度，但若是通过电动机12的驱动而旋转的旋转轴，则不限于电动机轴14。作为通过电动机12的驱动而旋转的旋转轴，例如可举出经由与电动机12的电动机轴14连接的动力传输机构(齿轮或者带轮及带)而旋转的旋转轴等。
电动机12除了电动机轴14之外，还包括电动机壳体22、定子24以及转子26。定子24具有线圈，且固定于电动机壳体22的内周面。转子26具有多个磁铁(永久磁铁)29(参见图4)，且在电动机壳体22内配置于定子24的内周侧。多个磁铁29沿着周向等间隔地设于保持部件27(参见图4)的外周面。电动机轴14以插通于转子26的状态固定于转子26。电动机轴14借助于设于电动机壳体22内的轴承(未图示)而被支撑能够旋转。若对定子24的线圈通电，则电动机轴14和转子26一起相对于定子24旋转。电动机轴14的两端从电动机壳体22突出。下面，如在图1等中示出的那样，将电动机轴14的轴向作为Z轴方向进行说明。此外，将图1中示出的箭头所指的方向作为+Z，将与箭头所指的方向相反的方向作为-Z。
编码器10具备旋转部件15、照射部16、两个受光部18(18a、18b)、驱动电路19、信号处理电路20以及控制部21。
旋转部件15经由凸台31设于电动机轴14的一端侧(+Z侧)，且与电动机轴14一起旋转。旋转部件15例如由具有遮光性的圆板状的部件构成。
如图2所示，在旋转部件15形成有用于检测电动机轴14的旋转角度的旋转角度检测用图案13。旋转角度检测用图案13形成于旋转部件15的外周部。旋转角度检测用图案13由绕电动机轴14(绕Z轴)等间隔地排列且沿旋转部件15的径向延伸的多个狭缝13A构成。该多个狭缝13A设置成半径为r1的同心圆状。
另外，在旋转部件15形成有用于检测磁铁29的相位角度的相位角度检测用图案17。相位角度检测用图案17由绕电动机轴14(绕Z轴)等间隔地排列且沿旋转部件15的周向延伸的多个(图2中为5个)狭缝17A以及多个(图2中为5个)狭缝17B构成。该多个狭缝17A设置成半径为比r1小的r0的同心圆状，多个狭缝17B设置成半径为比r1大的r2的同心圆状。
照射部16包括LED等发光元件。照射部16相对于旋转部件15设于-Z侧。两个受光部18(18a、18b)分别包括光电二极管等发光元件。两个受光部18(18a、18b)相对于旋转部件15设于+Z侧。
从照射部16照射的光经由旋转角度检测用图案13及相位角度检测用图案17射入两个受光部18(18a、18b)。受光部18a接受透射旋转角度检测用图案13后的光，并将根据受光而得到的信号输出至信号处理电路20。受光部18b接受透射相位角度检测用图案17后的光，并将根据受光而得到的信号输出至信号处理电路20。
驱动电路19驱动照射部16及各受光部18。在编码器10的检测动作中，驱动电路19使照射部16持续地发光。
信号处理电路20基于来自受光部18a的信号检测电动机轴14的旋转角度。信号处理电路20根据来自受光部18b的信号检测磁铁29的相位角度。
控制部21基于来自信号处理电路20的电动机轴14的旋转角度以及磁铁29的相位角度来控制电动机12。
这里，在图3所示的比较例中，在将旋转部件15安装于电动机轴140时，旋转部件15直接粘接固定于电动机轴140的一端部(+Z侧的端部)。在该安装时，需要以与转子26的磁铁29(参见图4)的相位角度的相位一致的方式将旋转部件15安装于电动机轴140的一端侧。也就是说，需要以使转子26的磁铁29的相位角度与相位角度检测用图案17(参见图2)的相位角度之间的相位成为预先决定的状态的方式将旋转部件15相对于电动机轴140进行定位。因此，将旋转部件15安装到电动机轴140会花费劳力和时间。
因此，发明人提出了能够简单地将旋转部件15安装于电动机轴14的编码器10的旋转部件15的安装结构。
下面，对旋转部件15的安装结构进行说明。
如图4所示，在转子26形成有电动机轴14插通的插通孔26A。在形成插通孔26A的面上，设置有朝向转子26的中心位置沿径向突出的两个键32。该两个键32设置成沿着转子26的轴向延伸且互相对置。
在电动机轴14的外周面以与两个键32嵌合的方式形成有沿着电动机轴14的轴向延伸的两个键槽34。因此，在将电动机轴14安装于转子26时，以使两个键32与两个键槽34嵌合的方式使转子26和电动机轴14中的至少一方绕电动机轴14旋转。而且，将电动机轴14从转子26的-Z侧插入插通孔26A。由此，能够使转子26的磁铁29的相位角度与电动机轴14的相位角度之间的相位成为预先决定的状态。该键32和键槽34构成定位结构PD1，该定位结构PD1用于围绕电动机轴14对电动机轴14相对于转子26的相对安装位置进行定位。此外，在电动机轴14设有限位件38，该限位件38用于限制所插入的转子26进一步向-Z侧移动。该限位件38设于电动机轴14的形成有键槽34的部分的-Z侧。
电动机轴14在+Z侧的端部具有缺口圆柱部35。缺口圆柱部35具有缺口面35A，该缺口面35A是以与电动机轴14的轴向(Z轴方向)平行的平面切割圆柱部件而得到的缺口面。此外，该缺扣圆柱部35的直径比电动机轴14的形成有键槽34的部分的直径小。因此，能够将电动机轴14从缺扣圆柱部35侧插入转子26的插通孔26A。
如图5所示，凸台31由将Z轴方向作为轴向的大致圆柱形状的部件构成。凸台31用于将旋转部件15安装于电动机轴14的+Z侧的端部。凸台31形成有凸台孔37以及螺纹孔39，该凸台孔37供电动机轴14的缺口圆柱部35插入且收纳缺口圆柱部35的至少一部分，该螺纹孔39从凸台31的外周面连通至凸台孔37。该螺纹孔39与用于将凸台31固定于电动机轴14的螺钉45(参照图7B)螺纹结合。
在凸台31设有位置调整用标记41，该位置调整用标记41用于围绕电动机轴14(绕Z轴)对定位旋转部件15相对于凸台31的相对安装位置进行定位。位置调整用标记41是形成于凸台31的一端侧的面(+Z侧的面)且沿凸台31的径向延伸的直线状的标记。位置调整用标记41是以下标记：在凸台31的+Z侧的面中，相对于其它部分形成为凸或凹(槽)或者被着色为不同的颜色，由此其为能识别。
此外，在凸台31的外周面形成有供机器人等保持凸台31的两个把持用槽47。在两个把持用槽47之间形成有螺纹孔39。
如图2所示，在旋转部件15设有位置调整用标记43，该位置调整用标记43围绕电动机轴14(绕Z轴)对旋转部件15相对于凸台31的相对安装位置进行定位。位置调整用标记43是例如俯视时(从Z轴方向观察)从旋转部件15的中心位置朝向旋转部件15的径向外侧延伸的狭缝。在本实施方式中，设有多个位置调整用标记43。因此，多个位置调整用标记43以从旋转部件15的中心位置沿径向呈放射状的方式设于旋转部件15。在本实施方式中，将位置调整用标记43的数量设置为四个，因此，四个位置调整用标记43以形成+字状的方式设于旋转部件15。该位置调整用标记43的数量基于相位角度检测用图案17而决定。
旋转部件15用粘接剂等安装于凸台31的+Z侧的端部。此时，如图6所示，以使凸台31的位置调整用标记41与旋转部件15的多个位置调整用标记43中的任意一个对齐的方式，用粘接剂等将旋转部件15安装于凸台31的+Z侧的端部。因此，使用位置调整用标记41、43能够使凸台31的相位角度与旋转部件15的相位角度检测用图案17的相位角度之间的相位成为预先决定的状态。该位置调整用标记41与位置调整用标记43构成定位结构(第二定位结构)PD2，该定位结构PD2用于围绕凸台31(电动机轴14)对旋转部件15相对于凸台31的相对安装位置进行定位。
此外，优选为，设有位置调整用标记41的凸台31的+Z侧的面比安装旋转部件15的凸台31的+Z侧的端部(面)向-Z侧凹入。另外，不言而喻，就旋转部件15而言，若凸台31的位置调整用标记41与旋转部件15的多个位置调整用标记43中的任意一个对齐，则从+Z侧观察，能够通过位置调整用标记43观察确认位置调整用标记41。
这里，作为在旋转部件15设有多个位置调整用标记43的理由，是为了提高凸台31与旋转部件15对位的容易度。
而且，如图7A所示，在将安装有凸台31的旋转部件15固定到已安装于转子26(参见图1)的电动机轴14时，将电动机轴14的缺口圆柱部35以缺口面35A朝向螺纹孔39的状态插入凸台孔37(参见图5)。然后，如图7B所示，通过使螺钉45螺纹结合于螺纹孔39并以预定的扭矩紧固，从而能够利用螺钉45以预定的按压力来按压缺口面35A。由此，实现了防止电动机轴14从凸台孔37脱出以及防止旋转部件15相对于电动机轴14旋转。因此，能够使凸台31的相位角度与电动机轴14的相位角度之间的相位成为预先决定的状态，其结果，能够使磁铁29(参见图4)的相位角度与形成于旋转部件15的图案的相位角度之间的相位成为预先决定的状态。因此，编码器10能够检测磁铁29的相位角度。
由以上的说明可知，缺口圆柱部35、形成于凸台31的凸台孔37、螺纹孔39以及螺钉45构成定位结构(第一定位结构)PD3，该定位结构PD3用于围绕电动机轴14对凸台31相对于电动机轴14的相对安装位置进行定位。
如此，根据本实施方式的旋转部件15的安装结构，能够以使磁铁29的相位角度与形成于旋转部件1的相位角度检测用图案17的相位角度之间的相位成为预先决定的状态的方式简单地将旋转部件15安装于旋转轴。
此外，将电动机轴14安装到转子26的安装作业、将旋转部件15安装于凸台31的安装作业、将安装有旋转部件15的凸台31安装到已安装于转子26的电动机轴14的作业等，可以由作业员(人)来进行，也可以由机器人来进行。
[变形例]
在上述实施方式中说明的编码器10的旋转部件15的安装结构以及编码器10的旋转部件15的安装方法，可以进行如下变更。
(变形例1)
虽然在上述实施方式中，凸台孔37的形状呈圆柱形状，但并不限定于此。例如，也可以将凸台孔37的形状也可以呈与缺口圆柱部35嵌合的形状。在该情况下，仅将缺口圆柱部35插入(使其嵌合于)凸台孔37，就能够使得凸台31的相位角度与电动机轴14的相位角度之间的相位成为预先决定的状态。因此，不需要螺纹孔39以及螺钉45。在该情况下，缺口圆柱部35与形成于凸台31的凸台孔37构成定位结构PD3，该定位结构PD3用于围绕电动机轴14对凸台31相对于电动机轴14的相对安装位置进行定位。此外，在该情况下，防止电动机轴14从凸台孔37脱出，也优选使用粘接剂来接合缺口圆柱部35与凸台31。
(变形例2)
虽然在上述实施方式中，使用透射旋转部件15后的光来检测电动机轴14的旋转角度以及磁铁29的相位角度，但也可以使用在旋转部件15反射后的光来检测电动机轴14的旋转角度以及磁铁29的相位角度。
(变形例3)
虽然在上述实施方式中，在转子26形成有键32且在电动机轴14形成有键槽34，但也可以在转子26形成键槽34且在电动机轴14形成键32。
(变形例4)
在不矛盾的范围内可以将变形例1-3任意组合。
[可从实施方式以及变形例1-4中得到的发明]
＜第一发明＞
第一发明是用于检测设于电动机12的转子26的磁铁29的相位角度的编码器10的旋转部件15的安装结构，具备：旋转轴14，该旋转轴14通过电动机12的驱动而旋转；旋转部件15，该旋转部件15形成有用于检测相位角度的相位角度检测用图案17；以及凸台31，为了将旋转部件15安装于旋转轴14的端部而将该凸台31安装于旋转部件15，在旋转轴14的端部以及凸台31设有第一定位结构PD3，该第一定位结构PD3用于围绕旋转轴14对凸台31相对于旋转轴14的相对安装位置进行定位。
由此，能够以使磁铁29的相位角度与形成于旋转部件15的相位角度检测用图案17的相位角度之间的相位成为预先决定的状态的方式，简单地将编码器10的旋转部件15安装于旋转轴14。
可以是，第一定位结构PD3具有：缺口圆柱部35，该缺口圆柱部35形成于旋转轴14的端部且具有以与旋转轴平行的平面切割圆柱部件而成的缺口面35A；凸台孔37，该凸台孔37形成于凸台31且供缺口圆柱部35插入；以及螺纹孔39，该螺纹孔39形成于凸台31且从凸台31的外周面插通至凸台孔37。由此，能够以使磁铁29的相位角度与形成于旋转部件15的相位角度检测用图案17的相位角度之间的相位成为预先决定的状态的方式，简单地将编码器10的旋转部件15安装于旋转轴14。
可以是，在凸台31以及旋转部件15设有第二定位结构PD2，该第二定位结构PD2用于围绕旋转轴14对旋转部件15相对于凸台31的相对安装位置进行定位。可以是，由第二定位结构PD2来定位凸台31以及旋转部件15。由此，能够在预先决定了凸台31的相位角度与旋转部件15的相位角度检测用图案17的相位角度之间的相位的状态下，简单地将旋转部件15安装于凸台31。因此，能够以使磁铁29的相位角度与形成于旋转部件15的相位角度检测用图案17的相位角度之间的相位成为预先决定的状态的方式，简单地将编码器10的旋转部件15安装于旋转轴14。
可以是，第二定位结构PD2分别设于凸台31以及旋转部件15上的位置调整用标记41、43。可以是，以使凸台31的位置调整用标记41与旋转部件15的位置调整用标记43对齐的方式将旋转部件15安装于凸台31。由此，能够在预先决定了凸台31的相位角度与旋转部件15的相位角度检测用图案17的相位角度之间的相位的状态下，简单地将旋转部件15安装于凸台31。因此，能够以使磁铁29的相位角度与形成于旋转部件15的相位角度检测用图案17的相位角度之间的相位成为预先决定的状态的方式，简单地将编码器10的旋转部件15安装于旋转轴14。
在凸台31的外周面形成有用于供机器人保持凸台31的把持用槽47。由此，机器人易于把持凸台31，作业效率提高。
＜第二发明＞
第二发明是用于检测设于电动机12的转子26的磁铁29的相位角度的编码器10的旋转部件15的安装方法，编码器10具备：旋转部件15，该旋转部件15形成有用于检测相位角度的相位角度检测用图案17；以及凸台31，为了将旋转部件15安装于通过电动机12的驱动而旋转的旋转轴14的端部而安装于旋转部件15，在旋转轴14的端部形成有缺口圆柱部35，该缺口圆柱部35具有以与旋转轴14平行的平面切割圆柱部件而成的缺口面35A，在凸台31形成有供缺口圆柱部35插入的凸台孔37以及从凸台31的外周面插通至凸台孔37的螺纹孔39，该编码器10的旋转部件15的安装方法包括如下步骤：将缺口圆柱部35插入凸台孔37的步骤；以及通过使螺钉45螺纹结合于螺纹孔39并用螺钉45按压缺口面35A，从而将旋转部件15固定于旋转轴14的步骤。
由此，能够以使磁铁29的相位角度与形成于旋转部件15的相位角度检测用图案17的相位角度之间的相位成为预先决定的状态的方式，简单地将编码器10的旋转部件15安装于旋转轴14。
优选为，在凸台31以及旋转部件15分别设有位置调整用标记41、43，该位置调整用标记41、43用于围绕旋转轴14对旋转部件15相对于凸台31的相对安装位置进行定位，并且还包括如下步骤：以使凸台的位置调整用标记41与旋转部件15的位置调整用标记43对齐的方式，将旋转部件15安装于凸台31。由此，能够在预先决定了凸台31的相位角度与旋转部件15的相位角度检测用图案17的相位角度之间的相位的状态下，简单地将旋转部件15安装于凸台31。因此，能够以使磁铁29的相位角度与形成在旋转部件15上的相位角度检测用图案17的相位角度之间的相位成为预先决定的状态的方式，简单地将编码器10的旋转部件15安装于旋转轴14。

Claims (6)

1.一种编码器的旋转部件的安装结构，是检测设于电动机的转子的磁铁的相位角度的编码器的旋转部件的安装结构，其特征在于，具备：
旋转轴，该旋转轴通过上述电动机的驱动而旋转；
上述旋转部件，该旋转部件形成有用于检测上述相位角度的相位角度检测用图案；以及
凸台，为了将上述旋转部件安装于上述旋转轴的端部而安装于上述旋转部件，
在上述旋转轴的端部以及上述凸台设有第一定位结构，该第一定位结构用于围绕上述旋转轴对上述凸台相对于上述旋转轴的相对安装位置进行定位
上述第一定位结构具有：
缺口圆柱部，该缺口圆柱部形成于上述旋转轴的端部且具有以与上述旋转轴平行的平面切割圆柱部件而成的缺口面；
凸台孔，该凸台孔形成于上述凸台且供上述缺口圆柱部插入；以及
螺纹孔，该螺纹孔形成于上述凸台且从上述凸台的外周面插通至凸台孔。
2.根据权利要求1所述的编码器的旋转部件的安装结构，其特征在于，
在上述凸台以及上述旋转部件设有第二定位结构，该第二定位结构用于围绕上述旋转轴对上述旋转部件相对于上述凸台的相对安装位置进行定位，
上述凸台以及上述旋转部件由上述第二定位结构来定位。
3.根据权利要求2所述的编码器的旋转部件的安装结构，其特征在于，
上述第二定位结构是分别设于上述凸台以及上述旋转部件的位置调整用标记，
以上述凸台的上述位置调整用标记与上述旋转部件的上述位置调整用标记对齐的方式，将上述旋转部件安装于上述凸台。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的编码器的旋转部件的安装结构，其特征在于，
在上述凸台的外周面形成有供机器人保持上述凸台的把持用槽。
5.一种编码器的旋转部件的安装方法，是检测设于电动机的转子的磁铁的相位角度的编码器的旋转部件的安装方法，其特征在于，
上述编码器具备：
上述旋转部件，该旋转部件形成有用于检测上述相位角度的相位角度检测用图案；以及
凸台，为了将上述旋转部件安装于通过上述电动机的驱动而旋转的旋转轴的端部而安装于上述旋转部件，
在上述旋转轴的端部形成有缺口圆柱部，该缺口圆柱部具有以与上述旋转轴平行的平面切割圆柱部件而成的缺口面，
在上述凸台形成有供上述缺口圆柱部插入的凸台孔以及从上述凸台的外周面插通至凸台孔的螺纹孔，
该编码器的旋转部件的安装方法包括如下步骤：
将上述缺口圆柱部插入上述凸台孔的步骤；以及
通过使螺钉螺纹结合于上述螺纹孔并用上述螺钉按压上述缺口面，从而将上述旋转部件固定于上述旋转轴的步骤。
6.根据权利要求5所述的编码器的旋转部件的安装方法，其特征在于，
在上述凸台以及上述旋转部件分别设有位置调整用标记，该位置调整用标记用于围绕上述旋转轴对上述旋转部件相对于上述凸台的相对安装位置进行定位，
该编码器的旋转部件的安装方法还包括如下步骤：
对齐上述凸台的上述位置调整用标记与上述旋转部件的上述位置调整用标记，将上述旋转部件安装于上述凸台的步骤。
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