CN114221493A - 编码器及电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具备低成本且磁特性良好的磁屏蔽件的编码器及电动机。电动机(1)具备：转子(2)，其具备旋转轴(20)；定子(3)，其在径向上与转子(2)对置；以及编码器(10)，其检测转子(2)的旋转。编码器(10)具有：固定于旋转轴(20)的轴线方向(L)的一侧(L1)的端部的磁铁保持架(11)；被磁铁保持架(11)保持的磁铁(12)；从轴线方向L的一侧(L1)与磁铁(12)对置的磁传感器(13)及配置有磁传感器(13)的传感器基板(14)；以及围绕磁铁(12)及磁传感器(13)的屏蔽部件(16)。屏蔽部件(16)由冷轧钢板(SPCC)形成，至少进行两次磁退火加工。
Description
技术领域
本发明涉及编码器及电动机。
背景技术
在将定子及转子容纳于电动机壳体的电动机中，使用一种带编码器的电动机，其将编码器壳体固定在电动机壳体的轴线方向的端部，将检测转子的旋转的编码器容纳在编码器壳体的内部。在专利文献1中公开了这种电动机。
专利文献1的电动机具备将第一轴承保持架及第二轴承保持架固定在容纳定子及转子的筒状壳体的两端的电动机外壳(电动机壳体)，在电动机外壳的轴线方向的端部固定有罩(编码器壳体)。在罩的内侧构成有编码器。编码器具备：经由磁体保持架固定在旋转轴的端部的永磁体；以及装设在与永磁体对置的传感器基板上的磁传感器。传感器基板经由树脂制基板保持架固定于第一轴承保持架。编码器被固定在罩的内侧的屏蔽部件(屏蔽板)包围。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016－86557号公报
专利文献2：日本特开平11－275795号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
由于装设于电动机的编码器受各种噪音的影响，因此输出可能因产品的使用环境的变化而变化并产生角度误差。例如，由于干扰磁场的影响而产生角度误差。作为这样的噪音对策，在专利文献1中，将围绕传感器基板及永磁体的金属制屏蔽部件用作磁屏蔽件。
通常，编码器的磁屏蔽件由电磁软铁、坡莫合金、硅钢、电磁不锈钢等材料形成，但这些材料成本高昂。作为用于使磁屏蔽件的磁特性变得良好的技术，一直以来，进行磁退火加工。例如，在专利文献2中，通过对覆盖步进电动机的屏蔽管进行磁退火加工，提高磁特性，减少由电动机产生的噪音的扩散。由此，尽管是由低成本的材料形成的磁屏蔽件，但能够获得接近由高昂的材料形成的磁屏蔽件的磁遮蔽效果。
但是，磁退火加工存在磁特性因实施条件、实施次数而不稳定的问题。在专利文献2中，记载了通过磁退火加工来提高噪音减小效果的技术，但未对因磁退火加工的实施条件、实施次数导致的磁特性的偏差进行验证。另外，编码器的磁屏蔽件有时受配置于内部的永磁体的影响而具有滞后。因此，作为磁特性，要求矫顽力的减小及稳定化，但在专利文献2中，未对矫顽力的减小效果进行验证。
鉴于以上的问题，本发明的课题在于提供一种具备低成本且磁特性良好的磁屏蔽件的编码器。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述课题，本发明提供一种编码器，其检测具备转子和定子的电动机的旋转，所述转子具备旋转轴，所述定子在径向上与所述转子对置，所述编码器的特征在于，具有：磁铁保持架，所述磁铁保持架固定于所述旋转轴的轴线方向的一侧的端部；磁铁，所述磁铁保持于所述磁铁保持架；磁传感器，所述磁传感器从所述轴线方向的一侧与所述磁铁对置；传感器基板，所述传感器基板配置有所述磁传感器；以及屏蔽部件，所述屏蔽部件围绕所述磁铁及所述磁传感器，所述屏蔽部件由冷轧钢板形成，至少进行两次磁退火加工。
根据本发明，因为具备围绕磁铁及磁传感器的屏蔽部件，所以能够遮蔽干扰磁场，且能够减小干扰磁场对编码器的检测角度的影响。另外，屏蔽部件由冷轧钢板形成，至少进行两次磁退火加工。冷轧钢板容易采购，成本低，加工性也优异。另外，冷轧钢板在通过磁退火加工减小矫顽力而提高作为磁屏蔽件的磁特性时，尽管在一次磁退火加工的情况下磁特性不稳定，但是通过重复两次以上磁退火加工能够稳定地获得低矫顽力。因此，本发明的编码器由于具备尽管成本低但是磁特性良好的屏蔽部件，所以能够抑制干扰磁场引起的检测精度的降低。
在本发明中，优选的是，在所述屏蔽部件的表面设置有防腐蚀层。例如，优选的是，所述防腐蚀层是磷含有率为10％以上的高磷无电解镀镍层。这样，防腐蚀层为非磁性，磁特性的稳定性比低磷型或中磷型的无电解镀镍层高。因此，具备磁特性良好且耐环境性高、抗老化的屏蔽部件，所以能够提高编码器的耐久性。
在本发明中，可以采用所述防腐蚀层是镀锌层的结构。或者，可以采用所述防腐蚀层是电沉积涂装的结构。由于这些防腐蚀层为非磁性，因此磁特性良好，且能够提高屏蔽部件的耐久性。因此，能够提高编码器的耐久性。
在本发明中，优选的是，所述磁退火加工在满足以下条件1－4的热处理条件下实施。通过在这样的热处理条件下进行两次以上磁退火加工，能够获得稳定的矫顽力减小效果。
条件1：加热上升时间60分钟
条件2：退火时间40分钟以上
条件3：退火温度850℃±10℃
条件4：炉冷时间120分钟
在本发明中，优选的是，所述屏蔽部件具备底部和侧壁部，所述底部覆盖所述磁铁及所述传感器基板的轴线方向的一侧，所述侧壁部从所述底部的外周缘向所述轴线方向的另一侧延伸并围绕所述磁铁及所述传感器基板的外周侧。这样，可以通过屏蔽部件覆盖未被定子遮蔽的一侧，所以能够有效地遮蔽干扰磁场。因此，能够减小干扰磁场对编码器的检测角度的影响。
其次，本发明是具有上述编码器的电动机。这样，能够提供一种干扰磁场对编码器的检测角度的影响小的带编码器的电动机。
发明效果
根据本发明，由于编码器具备围绕磁铁及磁传感器的屏蔽部件，所以能够屏蔽干扰磁场，能够减小干扰磁场对编码器的检测角度的影响。另外，屏蔽部件由冷轧钢板形成，至少进行两次磁退火加工。冷轧钢板容易采购，成本低，加工性也优异。另外，本发明人等已确认：在通过磁退火加工来减小矫顽力而提高作为磁屏蔽件的磁特性时，尽管在一次磁退火加工的情况下磁特性不稳定，但是通过重复两次以上磁退火加工，能够稳定地获得低的矫顽力。因此，本发明的编码器具备尽管成本低但是磁特性良好的屏蔽部件，所以能够抑制干扰磁场引起的检测精度的降低。
附图说明
图1是具备本发明的编码器的电动机的剖视图。
图2是屏蔽部件的立体图及俯视图。
图3是表示磁退火加工引起的磁特性的变化的图表。
附图标记说明
1…电动机；2…转子；3…定子；4…电动机壳体；5…第一轴承保持架；6…第二轴承保持架；7…编码器壳体；8…密封材料；10…编码器；11…磁铁保持架；12…磁铁；13…磁传感器；14…传感器基板；15…基板保持架；16…屏蔽部件；17…连接器；19…编码器配线；20…旋转轴；20A…输出轴；21…转子磁铁；22…第一轴承；23…第二轴承；30…定子铁芯；31…突极；32…绝缘体；33…线圈；34…配线基板；35…端子销；40…缺口部；41…引线保持架；71…底部；72…侧壁部；73…编码器配线取出部；74…凸部；161…底部；162…侧壁部；163…嵌合孔；164…定位孔；165…缺口部；L…轴线方向；L1…轴线方向的一侧；L2…轴线方向的另一侧。
具体实施方式
(整体结构)
下面，参照附图对应用了本发明的电动机的实施方式进行说明。图1是具备本发明的编码器10的电动机1的剖视图。电动机1具备：具备旋转轴20的转子2；配置于转子2的外周侧的定子3；容纳定子3的筒状的电动机壳体4；固定于电动机壳体4的一端的第一轴承保持架5；固定于电动机壳体4的另一端的第二轴承保持架6；以及检测转子2的旋转的编码器10。编码器10容纳于编码器壳体7。
转子2具备旋转轴20和固定于旋转轴20的外周面的转子磁铁21。旋转轴20由磁性材料构成。旋转轴20被第一轴承22及第二轴承23保持为能够旋转，第一轴承22被形成在第一轴承保持架5的中央的凹部保持，第二轴承23被形成在第二轴承保持架6的中央的凹部保持。在本方式中，第一轴承22及第二轴承23是滚珠轴承。
旋转轴20在电动机1的径向的中心向轴线方向L延伸。在本说明书中，将轴线方向L的一侧设为L1，将轴线方向L的另一侧设为L2。第一轴承保持架5固定于电动机壳体4的轴线方向L的一侧L1的端部，第二轴承保持架6固定于电动机壳体4的轴线方向L的另一侧L2的端部。旋转轴20具备从第一轴承保持架5向轴线方向L的另一侧L2突出的输出轴20A。因此，在本方式中，轴线方向L的另一侧L2是输出侧，轴线方向L的一侧L1是输出相反侧。
电动机壳体4由铝等非磁性金属构成。定子3具备：定子铁芯30，该定子铁芯30由层叠铁芯构成；以及线圈33，该线圈33经由绝缘体32卷绕于设置在定子铁芯30上的多个突极31中的各突极。定子铁芯30通过热套或者压入而固定于电动机壳体4的内侧。在定子3的一侧L1配置有环状的配线基板34。配线基板34经由从绝缘体32突出的端子销35与线圈33电连接。
在电动机壳体4的侧面固定有引线保持架41，该引线保持架41覆盖形成在电动机壳体4上的缺口部40。向线圈33供电用的引线(未图示)穿绕到引线保持架41的内部，从缺口部40引入到电动机壳体4的内侧并与配线基板34连接。
电动机1是AC伺服电动机，定子3具备三相线圈33。在本方式中，配置有线圈33的槽数为12。另外，转子磁铁21是在外周面沿周向交替地磁化出N极和S极的8极磁化磁铁。即，本方式的电动机1是8极12槽。此外，电动机1的极数及槽数也可以与上述不同。
编码器壳体7由树脂等非磁性材料构成。编码器壳体7具备：在轴线方向L上与第二轴承保持架6对置的底部71；以及从底部71的外周缘朝向第二轴承保持架6向另一侧L2立起的侧壁部72。侧壁部72的前端和第二轴承保持架6之间的间隙被密封材料8密封。在侧壁部72设置有用于将与编码器10连接的编码器配线19引出到外部的编码器配线取出部73。
(编码器)
编码器10是磁编码器。编码器10具备：经由磁铁保持架11固定于旋转轴20的磁铁12；以及从轴线方向L的一侧L1与磁铁12对置的磁传感器13。磁铁12在与磁传感器13对置的磁化面各磁化有一个N极和一个S极。配置磁传感器13的传感器基板14经由基板保持架15固定于第二轴承保持架6。磁铁12及传感器基板14的外周侧及一侧L1被固定于编码器壳体7的内侧的杯状的屏蔽部件16围绕。
就编码器10而言，磁铁12随着旋转轴20的旋转而旋转，磁传感器13检测磁铁12的旋转产生的磁场的变化。磁传感器13是霍尔元件等磁敏元件。基于磁传感器13的输出的检测角度经由与传感器基板14上的连接器17连接的编码器配线19输出到外部。
图2是屏蔽部件16的立体图及俯视图。屏蔽部件16具备圆形的底部161和从底部161的外周缘向另一侧L2立起的圆筒状的侧壁部162。在底部161设置有嵌合孔163，该嵌合孔163与设置在编码器壳体7的底部71的凸部74嵌合，在嵌合孔163的两侧设置有两处定位孔164。另外，在侧壁部162设置有用于使编码器配线19穿过的缺口部165。
屏蔽部件16由具有导电性的磁性材料构成。在本方式中，屏蔽部件16是对冷轧钢板(SPCC)进行冲压加工而形成的，且实施磁退火加工。磁退火加工在满足下面所有条件1－4的热处理条件下实施两次。此外，磁退火加工的实施次数也可以多于两次。
条件1：加热上升时间60分钟
条件2：退火时间40分钟以上
条件3：退火温度850℃±10℃
条件4：炉冷时间120分钟
图3是表示因磁退火加工引起的磁特性的变化的图表。本发明人等对电磁软铁(纯铁)、坡莫合金、硅钢、电磁不锈钢等以往用作磁屏蔽件的坯料的磁特性和冷轧钢板(SPCC)的磁特性进行了比较研究。此时，对进行了一次或者两次以上磁退火加工时的磁特性进行了比较研究。其结果是，如图3所示，即使在使用冷轧钢板(SPCC)的情况下，只要进行两次以上磁退火加工，就能够确认可获得与仅进行了一次磁退火的纯铁同等的磁特性(矫顽力)的情况。在用作编码器10的磁屏蔽件的情况下，以将矫顽力设为1.0A/cm左右或者其以下为目标进行材料的选定，但即使是低成本的冷轧钢板(SPCC)，只要至少进行两次磁退火加工，就能够确认可稳定地获得良好的磁特性，且能够用作磁特性良好的磁屏蔽件。
屏蔽部件16表面具备防腐蚀层。形成防腐蚀层的处理在进行磁退火加工后进行。防腐蚀层也可以是一般的镀锌层，但优选设为无电解镀镍层。更优选设为高磷型(例如，磷含有率为10％以上)的无电解镀镍层。或者，也可以选择电沉积涂装。
(本方式的主要效果)
如上所述，本方式的电动机1具备：具备旋转轴20的转子2；在径向上与转子2对置的定子3；以及检测转子2的旋转的编码器10。本方式的编码器10具有：固定于旋转轴20的轴线方向L的一侧L1的端部的磁铁保持架11；保持于磁铁保持架11的磁铁12；从轴线方向L的一侧L1与磁铁12对置的磁传感器13及配置有磁传感器13的传感器基板14；以及围绕磁铁12及磁传感器13的屏蔽部件16。屏蔽部件16由冷轧钢板(SPCC)形成，至少进行两次磁退火加工。
在本方式中，由于具备围绕磁铁12及磁传感器13的屏蔽部件16，所以能够由屏蔽部件16屏蔽干扰磁场。另外，屏蔽部件16由冷轧钢板(SPCC)形成，至少进行两次磁退火加工。冷轧钢板(SPCC)容易采购，成本低，加工性也优异。另外，冷轧钢板(SPCC)在进行一次磁退火加工的情况下不能稳定地获得低的矫顽力，且磁特性不稳定，但在重复两次以上磁退火加工的情况下，能够稳定地获得低的矫顽力。因此，本方式的编码器10具备低成本且磁特性良好的屏蔽部件16，能够抑制干扰磁场引起的检测精度的降低。
在本方式中，对冷轧钢板(SPCC)的磁退火加工在满足以下条件1－4的热处理条件下实施。本发明人等已验证，通过在这样的热处理条件下进行两次以上磁退火加工，能够获得稳定的矫顽力减小效果。
条件1：加热上升时间60分钟
条件2：退火时间40分钟以上
条件3：退火温度850℃±10℃
条件4：炉冷时间120分钟
屏蔽部件16在表面设置有防腐蚀层。例如，在本方式中，防腐蚀层是磷含有率为10％以上的高磷无电解镀镍层。高磷型的无电解镀镍层为非磁性，磁特性的稳定性高于低磷型或中磷型的无电解镀镍层。因此，能够用作磁特性良好且耐环境性高、抗老化的屏蔽部件16，所以编码器10的耐久性高。
此外，可以采用防腐蚀层为镀锌层或者电沉积涂装的结构。即使在使用这些防腐蚀层的情况下，也能够提高屏蔽部件16的耐久性。
本方式的屏蔽部件16具备：覆盖磁铁12及传感器基板14的轴线方向L的一侧L1的底部161；以及从底部161的外周缘向轴线方向L的另一侧L2延伸并围绕磁铁12及传感器基板14的外周侧的侧壁部162。通过设为这样的形状，可以通过屏蔽部件16覆盖被定子3及第二轴承保持架6遮蔽的一侧(轴线方向L的另一侧L2)以外的方向，能够有效地屏蔽干扰磁场。因此，能够减小干扰磁场对编码器10的检测角度的影响。
Claims (8)
1.一种编码器，其检测具备转子和定子的电动机的旋转，所述转子具备旋转轴，所述定子在径向上与所述转子对置，其特征在于，具有：
磁铁保持架，所述磁铁保持架固定于所述旋转轴的轴线方向的一侧的端部；
磁铁，所述磁铁保持于所述磁铁保持架；
磁传感器，所述磁传感器从所述轴线方向的一侧与所述磁铁对置；
传感器基板，所述传感器基板配置有所述磁传感器；以及
屏蔽部件，所述屏蔽部件围绕所述磁铁及所述磁传感器，
所述屏蔽部件由冷轧钢板形成，且至少进行两次磁退火加工。
2.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，
在所述屏蔽部件的表面设置有防腐蚀层。
3.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，
所述防腐蚀层是磷含有率为10％以上的高磷无电解镀镍层。
4.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，
所述防腐蚀层是镀锌层。
5.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，
所述防腐蚀层是电沉积涂装。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的编码器，其特征在于，
所述磁退火加工在满足以下条件1－4的热处理条件下实施：
条件1：加热上升时间60分钟
条件2：退火时间40分钟以上
条件3：退火温度850℃±10℃
条件4：炉冷时间120分钟。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的编码器，其特征在于，
所述屏蔽部件具备底部和侧壁部，所述底部覆盖所述磁铁及所述传感器基板的所述轴线方向的一侧，所述侧壁部从所述底部的外周缘向所述轴线方向的另一侧延伸并围绕所述磁铁及所述传感器基板的外周侧。
8.一种电动机，其具有权利要求1～7中任一项所述的编码器。
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| JP7499131B2 (ja) | 2024-06-13 |
| CN114221493B (zh) | 2024-05-31 |
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