KR20180132153A - 회전검출장치 및 중공 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

중공형의 회전검출장치(3)는, 원통모양 커버(13)의 내부에 동축으로 연장되는 중공 모터축의 축단부(6)의 외주면에 동축으로 고정된 2극 마그넷링(15)과 다극기어(16)를 갖고 있다. 원통모양 커버(13)와, 2극 마그넷링(15) 및 다극기어(16)의 사이의 원환모양 간극(20)에는, 원주방향으로 리지드 기판(21∼25)이 소정의 간격으로 접선방향으로 향하는 자세로 배열되어 있다. 리지드 기판의 사이는 플렉시블 프린트 배선기판(26, 27, 28···)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다. 큰 중공 지름을 구비한 중공 모터(1)에 있어서의 모터 하우스(4)와 중공 모터축의 축단부(6) 사이의 좁은 원환모양 간극(20)에 조립하는 데에 적절한 회전검출장치를 실현할 수 있다.

Description

회전검출장치 및 중공 액추에이터
본 발명은, 큰 내경(內徑)의 중공 액추에이터(中空 actuator)에 조립하는 데에 적합한 구조의 회전검출장치(回轉檢出裝置)에 관한 것이다.
모터의 회전위치 등을 검출하기 위한 회전검출장치로서, 예를 들면 자기식 인코더(磁氣式 encoder)가 알려져 있다. 특허문헌1에는, 자기식 인코더가 부착된 중공 모터(中空 motor)가 제안되어 있다. 특허문헌1에 개시된 자기식 인코더는, 중공 모터의 축단부(軸端部)에 있어서 원환모양의 베이스판(base板)의 원환모양 끝면을 따라 인코더용(encoder用)의 플렉시블 프린트 배선기판(flexible print 配線基板)이 루프모양(loop狀)으로 가이드(guide)되고, 당해 기판의 표면에 자기검출소자(磁氣檢出素子)가 실장(實裝)되어 있다. 또한 중공 모터의 축단부에는, 그 중공부를 둘러싸는 상태로 부채형모양의 인코더용의 신호처리 회로기판(信號處理 回路基板)(IF 보드(IF board))이 탑재되어 있다.
: 일본국 공개특허 특개2012-68049호 공보(도1, 도3, 도4)
중공 모터 또는 중공 모터와 중공 감속기(中空 減速機)를 구비한 중공 액추에이터(이하, 이들을 통합하여 중공 액추에이터라고 부른다)에 있어서는, 배선 기타의 용도를 위하여, 큰 중공부(中空部)로 하는 것이 요구되는 경우가 있다. 또한 설치 스페이스(設置 space)의 제약(制約) 등으로부터, 외경치수를 증가시키지 않고 중공부를 크게 하는 것이 요구되는 경우가 있다.
이러한 경우에는, 회전위치(回轉位置) 혹은 회전수(回轉數) 등을 검출하기 위한 모터 인코더 등의 회전검출장치의 설치 스페이스도 제약을 받는다. 즉 중공부와 장치 하우징(裝置 housing)의 사이의 좁은 원환모양의 설치 스페이스 내에 회전검출장치를 조립할 필요가 있다.
좁은 원환모양의 설치 스페이스 내에 회전검출장치의 구성부품을 조립하기 위해서는, 회전검출장치의 회로구성을 간략화하는 방법 또는 부품을 고밀도로 실장하는 방법을 채용하여, 필요로 하는 설치 스페이스를 삭감하는 것이 일반적이다. 그러나 전자의 방법은 필요기능을 충족시키지 못하는 경우가 발생한다는 과제가 있고, 후자의 방법은 고비용을 초래한다는 과제가 있다.
특허문헌1에 기재되어 있는 바와 같이, 플렉시블 프린트 배선기판을 원환모양으로 가이드하여, 그 표면에 자기검출소자 등을 실장함으로써, 좁은 원환모양의 설치 스페이스 내에 효율적으로 인코더 부품을 배치할 수 있다. 그러나 자기검출소자 등의 검출소자는, 예를 들면 90도 간격으로 복수 장소에 배치할 필요가 있으므로, 다른 치수의 중공 액추에이터에 사용하는 경우에는 그 케이블 길이가 맞지 않게 된다. 이 때문에, 모터의 각 형식에 적절한 길이의 배선기판을 제작할 필요가 있어, 고비용을 초래하는 경우가 있다.
본 발명의 과제는, 이러한 점을 감안하여, 중공 액추에이터에 있어서의 중공부 외주(外周)의 좁은 원환모양의 간극(間隙)에 조립하는 데에 적합한 회전검출장치 및 당해 회전검출장치를 구비한 중공 액추에이터를 제공하는 것에 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 회전검출장치는,
검출대상의 중공 회전축의 외주면에 동축으로 고정되는 회전체와,
상기 회전체를 둘러싸는 원통모양 커버와,
상기 회전체의 외주면과 상기 원통모양 커버의 내주면의 사이에 형성된 원환모양 간극과,
상기 원환모양 간극 내에 있어서 그 원주방향으로 배열된 복수 개의 리지드 기판과,
상기 원환모양 간극 내에 있어서 상기 리지드 기판의 사이를 전기적으로 접속하고 있는 복수의 도통부재를
갖고 있고,
상기 리지드 기판의 각각은, 상기 회전체의 상기 외주면에 대하여 접선방향으로 연장되는 상태로 배치되어 있고,
상기 리지드 기판에는, 상기 회전체의 회전상태(회전위치, 회전속도, 회전수 등)를 검출하기 위한 검출소자가 실장된 복수 개의 검출소자 실장기판이 포함되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
회전검출장치는, 예를 들면 중공 모터의 중공 모터축의 외주에 조립되고, 당해 중공 모터축의 회전위치 등을 검출하기 위하여 사용된다. 이 경우에는, 원통모양 커버는 모터 하우스의 축단에 동축으로 부착되거나 또는 모터 하우스의 끝부분이 원통모양 커버로서 사용된다. 회전체는 중공 모터축의 축단부의 외주면에 동축으로 부착된다.
큰 중공부가 형성되고 외경치수가 제한되어 있는 중공 모터에서는, 회전체의 외주면과 원통모양 커버의 내주면의 사이의 원환모양 간극이 좁게 된다. 본 발명에서는, 원환모양 간극 내에 그 원주방향을 따라 검출소자가 실장된 복수 개의 리지드 기판을 배치하고, 각 리지드 기판의 사이를 도통부재에 의하여 전기적으로 접속하고 있다.
예를 들면 사각형의 리지드 기판을 사용하는 경우에는, 원환모양 간극 내에 각 리지드 기판을 배치할 수 있도록 그 길이를 설정하여 두면 좋다. 원환모양 간극이 좁아 충분한 길이의 리지드 기판을 조립할 수 없는 경우에는, 각 리지드 기판의 폭(장치축선방향의 길이)을 넓혀서 전자부품의 실장면적을 확보하면 좋다.
또한 다른 사이즈의 중공 모터에 조립하는 경우에도, 각 리지드 기판을 공통으로 사용할 수 있고, 그들의 사이를 연결하는 도통부재로서, 예를 들면 다른 길이의 플렉시블 프린트 배선기판을 준비하여 두면 좋다. 회전 검출소자의 각 부품이 실장된 리지드 기판을, 다른 사이즈의 중공 모터마다 제작할 필요가 없으므로, 회전검출장치의 제작비용의 감소에 유리하다.
한편, 본 발명에 있어서 복수 개의 리지드 기판을, 착탈이 가능한 상태로 연결부를 통하여 원환모양으로 연결할 수도 있다. 이 경우에는, 리지드 기판 사이의 신호의 전송거리가 짧게 되어, 내노이즈성(耐noise性)의 향상에 유리하다. 또한 원환모양 간극 내에 있어서의 리지드 기판의 공간점유율을 높일 수 있어, 효율적으로 다수 개의 리지드 기판을 배치할 수 있다.
본 발명의 회전검출장치를 자기 인코더로서 구성할 수 있다. 예를 들면 상기 회전체로서, 장치축선방향으로 동축상태로 인접하게 배치된 2극 마그넷링 및 다극 마그넷링을 구비한 자기식 앱설루트 인코더(磁氣式 absolute encoder)로 할 수 있다. 이 경우에는, 상기 검출소자 실장기판으로서, 상기 2극 마그넷링의 회전자계를 검출하는 2극측 자기검출소자가 실장된 2극측 인코더기판과, 상기 다극 마그넷링의 회전자계를 검출하는 다극측 자기검출소자가 실장된 다극측 인코더기판을 배치한다.
다음으로, 본 발명의 중공 액추에이터는, 중공 모터와, 상기 중공 모터의 중공 모터축의 회전상태를 검출하기 위하여, 당해 중공 모터의 중공 모터축의 외주에 조립된 회전검출장치를 갖고 있고, 상기 회전검출장치로서, 상기 구성의 회전검출장치를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.
도1은, 본 발명을 적용한 회전검출장치 부착 중공 모터를 나타내는 사시도 및 끝면도이다.
도2는, 리지드 기판의 배치예를 나타내는 사시도 및 끝면도이다.
도3은, 본 발명을 적용한 회전검출장치의 기판배열 구조의 다른 예를 나타내는 설명도이다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 관하여 설명한다.
도1(a)는 본 발명을 적용한 중공 액추에이터(中空 actuator)인 회전검출장치 부착 중공 모터(回轉檢出裝置 附着 中空 motor)를 나타내는 사시도이며, 회전검출장치의 장치커버(裝置cover)를 떼어낸 상태로 나타내고 있다. 도1(b)는 회전검출장치를 나타내는 끝면도이다.
회전검출장치 부착 중공 모터(1)(이하, 간단하게 「중공 모터(1)」라고 한다)는, 모터 본체부(motor 本體部)(2)와, 이 모터 본체부(2)의 중심축선(1a)의 방향의 일방(一方)의 끝에 조립된 회전검출장치(3)를 구비하고 있고, 이들의 중심부분에는 원형단면의 중공부(4)가 관통하여 연장되어 있다. 모터 본체부(2)는, 원형윤곽의 모터 하우스(motor house)(5)와, 이 모터 하우스(5)의 중심에 동축(同軸)으로 배치되어 있는 중공 모터축(中空 motor軸)(도면에는 나타내지 않는다)을 구비하고 있다. 모터 하우스(5)의 내주면(內周面)에는 모터 스테이터(motor stator)(도면에는 나타내지 않는다)가 부착되고, 중공 모터축의 외주면(外周面)에는 모터 로터(motor rotor)(도면에는 나타내지 않는다)가 부착되어 있다.
회전검출장치(3)는, 모터 본체부(2)와 동일외경 및 동일내경의 중공형의 회전검출장치로서, 모터 본체부(2)의 후단(後端)(반출력측부(反出力側部, part of anti-output side))에 동축으로 조립되어 있다. 회전검출장치(3)는, 모터 본체부(2)의 후단에 동축으로 고정된 고리모양의 부착 프레임(附着 frame)(11)과, 이 부착 프레임(11)에 동축으로 부착된 상상선(想像線)에 의하여 나타내는 장치커버(12)를 구비하고 있다. 장치커버(12)는, 부착 프레임(11)으로부터 중심축선(1a)의 방향으로 동축으로 연장되는 원통모양 커버(圓筒狀 cover)(13)와, 원통모양 커버(13)의 후단에 부착된 원반모양(圓盤狀)의 엔드커버(end cover)(14)를 구비하고 있다. 원통모양 커버(13)의 외경치수는 모터 하우스(5)의 외경치수와 동일하다.
본 예의 회전검출장치(3)는 앱설루트 자기 인코더(absolute 磁氣 encoder)로서, 2극 마그넷링(2極 magnet ring)(15) 및 다극기어(多極gear)(16)와, 2극 마그넷링(15)의 외주면과 일정한 갭(gap)으로 대향(對向)하고 있는 한 쌍의 2극측 자기검출소자(2極側 磁氣檢出素子)(18, 19)와, 다극기어(16)의 외주면과 일정한 갭으로 대향하고 있는 다극측 자기검출소자(多極側 磁氣檢出素子)(17A)와, 바이어스 마그넷(bias magnet)(17B)을 구비하고 있다. 이들의 각 부품은 원통모양 커버(13)의 내부에 배치되어 있다. 다극기어(16)는, 원형 외주면에 일정한 간격으로 다수의 외치(外齒)가 자극부(磁極部)로서 형성되어 있다.
원통모양 커버(13)의 내부에는, 도면에 나타내지 않은 중공 모터축의 원통모양의 축단부(軸端部)(6)가 동축으로 연장되어 있다. 원통모양의 축단부(6)의 외주면에는, 회전체(回轉體)로서의 2극 마그넷링(15) 및 다극기어(16)가 일체로 회전하도록 동축으로 부착되어 있다. 2극 마그넷링(15)은 모터측에 부착되고, 반대측에 다극기어(16)가 부착되어 있다.
원통모양 커버(13)의 원형 내주면과, 2극 마그넷링(15) 및 다극기어(16)의 외주면의 사이에는, 원환모양 간극(圓環狀 間隙)(20)이 형성되어 있다. 원환모양 간극(20)에 있어서의 중심축선(1a)의 방향의 모터측의 끝은 부착 프레임(11)에 의하여 봉쇄되고, 타방의 끝은 엔드커버(14)에 의하여 봉쇄되어 있다.
이 원환모양 간극(20) 내에, 그 원주방향(圓周方向)을 따라 소정의 간격으로 복수 개의 리지드 기판(rigid 基板), 도면에 나타낸 예에서는 5장의 리지드 기판(21∼25)이 배치되어 있다. 리지드 기판(21∼25)은 사각형윤곽의 기판으로서, 그 길이방향이 2극 마그넷링(15), 다극기어(16)의 외주면에 대하여 접선방향(接線方向)을 향하고, 그 폭방향이 중심축선(1a)의 방향을 향하도록 배치되어 있다. 또한 각 리지드 기판(21∼25)은, 그들의 폭방향의 단부(端部)가 부착 프레임(11)에 형성되어 있는 기판부착용 외주단면(基板附着用 外周端面)(11a)에 나사결합으로 고정되어 있다. 또 리지드 기판(21∼25)의 윤곽형상은 사각형 이외의 형상이어도 좋고, 각각 동일한 형상이 아니어도 좋다.
본 예에서는, 각 리지드 기판(21∼25)의 사이를 전기적으로 접속하고 있는 도통부재(導通部材)로서 플렉시블 프린트 배선기판(flexible print 配線基板)(26, 27, 28, 29, 30···)이 사용되고 있다. 각 플렉시블 프린트 배선기판(26∼30)으로서, 길이 및 폭이 다른 것을 사용할 수 있다. 동일폭의 플렉시블 프린트 배선기판을 사용할 수도 있다.
리지드 기판(21∼25)의 양면에는 회전검출장치(3)의 전자부품이 실장(實裝)되어 있다. 예를 들면 리지드 기판(24, 25)에는 각각 2극측 자기검출소자(18, 19)가 실장되고, 리지드 기판(21)에는 다극측 자기검출소자(17A)가 실장되어 있다. 2극측 자기검출소자(18, 19)는, 중심축선(1a)을 중심으로 90도의 각도간격으로 배치되어 있고, 중공 모터축 1회전에 대하여 1주기로, 일방으로부터 A상용 신호(A相用 信號), 타방으로부터 B상용 신호(B相用 信號)가 출력된다. 다극측 자기검출소자(17A)로부터는, 중공 모터축 1회전에 대하여 기어 1톱니마다 또는 기어의 톱니수에 대응하는 주기로 A, B상용의 신호가 출력된다. 예를 들면 리지드 기판(22, 23)에는 신호처리회로(信號處理回路)가 실장되어 있고, 이들의 신호에 의거하여 모터 중공축의 원점위치(原點位置), 1회전 내의 절대각도위치(絶對角度位置) 및 회전수(회전속도)를 나타내는 인코더 신호(encoder 信號)가 생성된다.
도2에 나타내는 바와 같이 다극측 자기검출소자(17A)가 실장된 리지드 기판(21)은, 2극측 자기검출소자(18, 19)가 실장된 리지드 기판(24, 25)의 쌍방으로부터 원주방향으로 떨어진 위치에 배치된다. 이 결과로, 리지드 기판(21)에 실장되는 다극신호 생성용의 바이어스 마그넷(17B)도, 리지드 기판(24, 25)측의 2극측 자기검출소자(18, 19)로부터 떨어진 위치가 된다. 이에 따라 2극측으로의 바이어스 마그넷(17B)에 의한 자기간섭(磁氣干涉)을 감소할 수 있어, 정밀도가 좋은 신호검출이 가능하게 된다.
(리지드 기판배열의 다른 예)
도3은 원환모양 간극(20) 내에 배치되는 리지드 기판의 배열구조의 다른 예를 나타내는 설명도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이 복수 개의 사각형윤곽의 리지드 기판(41, 42, 43···)을, 플렉시블 프린트 배선기판 등의 케이블을 사용하지 않고 원주방향으로 착탈(着脫)이 가능하게 직접 연결하여도 좋다.
인접하는 리지드 기판, 예를 들면 리지드 기판(41, 42)의 사이를, 소정의 각도로 착탈이 가능하게 연결하는 연결부(連結部)(51)를 통하여 연결할 수 있다. 도면에 있어서는 연결부(51)의 부착부분을 일점쇄선에 의하여 나타내고 있고, 그 구체적 구조에 대해서는 도면에 나타내는 것을 생략하고 있다. 연결부(51)는, 쌍방의 리지드 기판(41, 42)을 전기적으로 접속하는 도전부분(導電部分)으로서의 기능을 갖추고 있다.
예를 들면 리지드 기판(41, 42)의 사이를 연결하는 연결부(51)로서, 핀 헤더(pin header)(핀(pin), 소켓(socket), 점퍼(jumper))라고 불리는 단자(端子)를 사용할 수 있다. 일방의 리지드 기판(41)에 핀을 부착하고, 타방의 리지드 기판(42)에 핀을 삽입하여 고정이 가능한 소켓을 부착해 두면 좋다. 리지드 기판(42, 43)의 사이에도, 일점쇄선에 의하여 나타내는 부분에 동일한 구조의 연결부(52)가 배치되고, 이들의 리지드 기판(42, 43)이 소정의 각도로 착탈이 가능한 상태로 연결된다.
이와 같이 하면, 신호의 전송거리가 짧아지므로, 이들의 리지드 기판에 실장되어 있는 전기회로의 내노이즈성(耐noise性)이 향상된다. 또한 다수 개의 리지드 기판을 좁은 원환모양 간극 내에 낭비 없이 배열할 수 있기 때문에, 간극의 이용효율을 높일 수 있다. 또한 각 리지드 기판의 사이의 연결각도를 변경함으로써, 다른 치수의 중공 액추에이터에 동일한 리지드 기판을 적용할 수 있어, 비용적으로도 유리하다.
(기타의 실시형태)
상기의 실시형태는, 회전검출장치를 앱설루트 자기 인코더로서 구성한 경우의 예이다. 회전검출장치는 자기 인코더 이외의 광학식 인코더이어도 좋다. 또한 다극기어 이외로서 다극링 마그넷(多極ring magnet)이어도 좋다.
또한 본 발명은, 중공 모터와 중공 감속기를 구비한 구성의 중공 액추에이터에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다는 것은 말할 것도 없다.

Claims (6)

  1. 검출대상(檢出對象)의 중공 회전축의 외주면(外周面)에 동축(同軸)으로 고정되는 회전체(回轉體)와,
    상기 회전체를 둘러싸는 원통모양 커버(圓筒狀 cover)와,
    상기 회전체의 외주면과 상기 원통모양 커버의 내주면(內周面)의 사이에 형성된 원환모양 간극(圓環狀 間隙)과,
    상기 원환모양 간극 내에 있어서 그 원주방향(圓周方向)으로 배열된 복수 개의 리지드 기판(rigid 基板)과,
    상기 원환모양 간극 내에 있어서 상기 리지드 기판의 사이를 전기적으로 접속하고 있는 복수의 도통부재(導通部材)를
    갖고 있고,
    상기 리지드 기판의 각각은, 상기 회전체의 상기 외주면에 대하여 접선방향(接線方向)으로 연장되는 상태로 배치되어 있고,
    상기 리지드 기판에는, 상기 회전체의 회전상태(回轉狀態)를 검출하기 위한 검출소자(檢出素子)가 실장(實裝)된 복수 개의 검출소자 실장기판이 포함되어 있는
    회전검출장치(回轉檢出裝置).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도통부재는 플렉시블 프린트 배선기판(flexible print 配線基板)인 회전검출장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원주방향으로 인접하는 상기 리지드 기판은, 각각 착탈(着脫)이 가능한 연결부(連結部)를 통하여 서로 연결되어 있고,
    상기 연결부에는, 상기 도통부재로서 기능하는 연결부가 포함되어 있는
    회전검출장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전체는, 장치축선방향(裝置軸線方向)으로 동축상태로 인접하게 배치된 2극 마그넷링(2極 magnet ring) 및 다극기어(多極gear)를 구비하고 있고,
    상기 검출소자 실장기판에는, 상기 2극 마그넷링의 회전자계(回轉磁界)를 검출하는 2극측 자기검출소자(2極側 磁氣檢出素子)가 실장된 2극측 인코더기판(2極側 encoder基板)과, 상기 다극기어의 회전자계를 검출하는 다극측 자기검출소자(多極側 磁氣檢出素子)가 실장된 다극측 인코더기판(多極側 encoder基板)이 포함되어 있는
    회전검출장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다극기어 대신에, 다극링 마그넷(多極ring magnet)을 구비하고 있는 회전검출장치.
  6. 중공 모터(中空 motor)와,
    상기 중공 모터의 중공 모터축(中空 motor軸)의 회전상태를 검출하기 위하여, 상기 중공 모터축의 외주에 조립된 회전검출장치를
    갖고 있고,
    상기 회전검출장치는, 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 따른 회전검출장치인
    중공 액추에이터(中空 actuator).
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