TW201805599A - 旋轉檢測裝置及中空致動器 - Google Patents

Abstract

中空型的旋轉檢測裝置(3)，具有同軸地固定在「同軸地延伸於圓筒狀罩蓋(13)之內部的中空馬達軸之軸端部(6)的外周面」的2極環形磁鐵(15)及多極齒輪(16)。在圓筒狀罩蓋(13)、2極環形磁鐵(15)及多極齒輪(16)之間的圓環狀間隙(20)，於圓周方向上，以特定的間隔且朝向切線方向的姿勢，配列有剛性基板(21~25)。剛性基板之間，由可撓性印刷電路基板(26、27、28....)所導電地連接。可實現適合組裝入「具備較大中空徑的中空馬達(1)中，馬達外殼(4)與中空馬達軸的軸端部(6)之間的狹小圓環狀間隙(20)」的旋轉檢測裝置。

Description

旋轉檢測裝置及中空致動器

本發明關於：適合組裝入大內徑之中空致動器的構造的旋轉檢測裝置。

就用來檢測馬達之旋轉位置等的旋轉檢測裝置而言，已知有譬如磁性編碼器(magnetic encoder)。在專利文獻1中，提出一種安裝有磁性編碼器的中空馬達。專利文獻1所揭示的磁性編碼器，是在中空馬達的軸端部，沿著圓環狀之基座板的圓環狀端面，將編碼器用的可撓性印刷電路基板捲繞成迴圈狀(loop)，並將磁性檢測元件組裝於該基板的表面。此外，在中空馬達的軸端部，扇形之編碼器用的訊號處理電路基板(InterFace Board：介面板)搭載成包圍該中空部的狀態。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]：日本特開2012-68049號公報 (第1圖、第3圖、第4圖)

在由中空馬達所形成的中空致動器、或者具備中空馬達與中空減速機的中空致動器中，為了配線及其他的用途，有時需要較大的中空部。此外，由於設置空間的限制等，有時需要在不增加外徑尺寸的前提下將中空部增大。

在這樣的場合中，用來檢測旋轉位置或者轉數等的馬達編碼器之類的旋轉檢測裝置的設置空間也受到限制。亦即，有必要將旋轉檢測裝置組裝入：中空部與裝置外殼間之狹窄圓環狀的設置空間內。

為了將旋轉檢測裝置的構成零件組裝入狹窄圓環狀的設置空間內，一般是採用「簡化旋轉裝置之電路構造的方法」或者「高密度封裝零件的方法」來削減所需的設置空間。但是，前者的方法存有「有時無法符合所必需之功能」的問題，而後者的方法則存有「招致高成本」的問題。

在專利文獻1中，是將可撓性印刷電路基板捲繞成圓環狀，並將磁性檢測元件組裝於其表面。如此一來，能有效率地將編碼器零件配置於狹窄圓環狀的設置空間內。但是，磁性檢測元件之類的檢測元件，有必要以譬如90度的間隔配置於複數位置。在用於不同尺寸之中空致 動器的場合中，用來連結於檢測元件間的電纜長度變得不合。因為這緣故，舉例來說，有必要製作長度適合「各種型式之馬達」的電路基板，有時將招致成本上揚。

本發明的目的在於：提供適合組裝入狹窄圓環狀之間隙的旋轉檢測裝置、及具備該旋轉檢測裝置的中空致動器。

為了解決上述的問題，本發明的旋轉檢測裝置，具有：旋轉體，同軸地固定於檢測對象之中空旋轉軸的外周面；圓筒狀罩蓋，圍繞前述旋轉體；圓環狀間隙，形成於前述旋轉體的外周面與前述圓筒狀罩蓋的內周面之間；複數個剛性基板，在前述圓環狀間隙內，被配列於其圓周方向；複數個導通構件，在前述圓環狀間隙內，導電地連接於前述剛性基板之間，前述剛性基板，分別配置成相對於前述旋轉體的前述外周面朝切線方向延伸的狀態，前述剛性基板，包含複數個檢測元件安裝基板，該檢測元件安裝基板安裝有用來檢測前述旋轉體之旋轉狀態(旋轉位置、旋轉速度、轉數等)的檢測元件。

此外，本發明的旋轉檢測裝置為磁性絕對編碼器(Magnetic absolute encoder)，除了上述的構造之外，還具備在裝置軸線方向上以同軸狀態鄰接配置的2極環形磁鐵、與多極齒輪或者多極環形磁鐵，作為前述旋轉體。此外，配置有2極側編碼器基板與多極側編碼器基板作為前述檢測元件安裝基板，該2極側編碼器基板安裝有用來檢測前述2極環形磁鐵之旋轉磁場的2極側磁性檢測元件，該多極側編碼器基板安裝有用來檢測前述多極齒輪或者前述多極環形磁鐵之旋轉磁場的多極側檢測元件。

旋轉檢測裝置，譬如被安裝於中空馬達之中空馬達軸的外周，用於檢測該中空馬達軸的旋轉位置等。在該場合中，圓筒狀罩蓋被同軸地安裝於馬達外殼的軸端、或者將馬達外殼的端部作為圓筒狀罩蓋使用。旋轉體，同軸地安裝於中空馬達軸之軸端部的外周面。

在形成較大的中空部，且外徑尺寸受到限制的中空馬達中，旋轉體外周面與圓筒狀罩蓋的內周面之間的圓環狀間隙變窄。在本發明中，在圓環狀間隙內，沿著其圓周方向配置「安裝有檢測元件」的複數個剛性基板，並由導通構件導電地連接於各剛性基板之間。

舉例來說，在採用矩形的剛性基板的場合中，為了能將各剛性基板配置於圓環狀的間隙內，只要預先設定其長度即可。在圓環狀間隙狹窄，無法將相當長度的剛性基板裝入的場合中，只需將增加各剛性基板的寬度(裝置軸線方向的長度)，確保電子零件之安裝面積即 可。

此外，即使在組裝入不同尺寸之中空馬達的場合中，各剛性基板可共通地使用，就連結於其間的導通構件而言，譬如，只要預先準備不同長度的可撓性印刷電路基板即可。由於不須針對每個不同尺寸的中空馬達來製作「安裝有旋轉檢測元件之各零件的剛性基板」，因此有利於降低旋轉檢測裝置的製作成本。

另外，在本發明中，也能以可裝卸的狀態，透過連結部將複數個剛性基板連結成圓環狀。在該場合中，剛性基板間之訊號的傳送距離變短，有利於耐噪性(Noise resistance)的提升。此外，可提高剛性基板在圓環狀間隙內的空間佔有率，能有效率地配置多數個剛性基板。

其次，本發明的中空致動器，其特徵為：具有「具備中空馬達軸的中空馬達」、及「為了檢測前述中空馬達的旋轉狀態，而安裝於前述中空馬達軸外周的旋轉檢測裝置」，並採用上述構造的旋轉檢測裝置，作為前述旋轉檢測裝置。

1‧‧‧中空馬達(具有旋轉檢測裝置的中空馬達)

1a‧‧‧中心軸線

2‧‧‧馬達本體部

3‧‧‧旋轉檢測裝置

4‧‧‧中空部

5‧‧‧馬達外殼

6‧‧‧軸端部

11‧‧‧安裝框

11a‧‧‧基板安裝用外周端面

12‧‧‧裝置罩蓋

13‧‧‧圓筒狀罩蓋

14‧‧‧端蓋(end cover)

15‧‧‧2極環形磁鐵(dipole magnet ring)

16‧‧‧多極齒輪

17A‧‧‧多極側磁性檢測元件

17B‧‧‧偏移磁鐵(bias magnet)

18、19‧‧‧2極側磁性檢測元件

20‧‧‧圓環狀間隙

21、22、23、24、25‧‧‧剛性基板

26、27、28、29、30‧‧‧可撓性印刷電路基板(printed circuit board)

41、42、43‧‧‧剛性基板

51、52‧‧‧連結部

第1圖：是顯示採用了本發明之具有旋轉檢測裝置的中空馬達的立體圖及端面圖。

第2圖：是顯示剛性基板之配置例的立體圖及端面 圖。

第3圖，是顯示採用了本發明之旋轉檢測裝置之基板配列構造的另一個例子的說明圖。

以下，參考圖面說明本發明的實施形態。

第1圖(a)，是顯示採用了本發明之中空致動器，亦即具有旋轉檢測裝置之中空馬達的立體圖，其中採已將旋轉檢測裝置的裝置罩蓋卸下的狀態顯示。第1圖(b)，是顯示旋轉檢測裝置的端面圖。

具有旋轉檢測裝置的中空馬達1(以下，簡稱為「中空馬達1」)，具備馬達本體部2與旋轉檢測裝置3。旋轉檢測裝置3，被安裝於馬達本體部2之中心軸線1a方向的其中一側端。圓形剖面的中空部4，貫穿馬達本體部2及旋轉檢測裝置3的中心部分而延伸。馬達本體部2具備：圓形輪廓的馬達外殼5、同軸地配置於該馬達外殼5之中心的中空馬達軸(圖面中未顯示)。在馬達外殼5的內周面安裝有馬達定子(圖面中未顯示)，在未顯示的中空馬達軸的外周面，安裝有馬達轉子(圖面中未顯示)。

旋轉檢測裝置3，是外徑及內徑與馬達本體部2相同之中空型的旋轉檢測裝置，且同軸地安裝於馬達本體部2的後端(輸出側之相反側的部位)。旋轉檢測裝置3具備：被同軸地固定於馬達本體部2的後端之環狀的安裝框11；被同軸地安裝於該安裝框11，且以虛擬線顯示的裝 置罩蓋12。裝置罩蓋12具備：從安裝框11朝中心線1a的方向同軸地延伸的圓筒狀罩蓋13；被安裝於圓筒狀罩蓋13後端之圓盤狀的端蓋14。圓筒狀罩蓋13的外徑尺寸，與馬達外殼5的外徑尺寸相同。

本例的旋轉檢測裝置3是磁性絕對編碼器，且具備：2極環形磁鐵15及多極齒輪16；在2極環形磁鐵15的外周面以一定的間隙形成對峙的一對2極側磁性檢測元件18、19；在多極齒輪16的外周面以一定的間隙形成對峙的多極側磁性檢測元件17A；偏移磁鐵17B。上述的各零件，被配置於圓筒狀罩蓋13的內部。多極齒輪16，在圓形外周面以一定的間隔形成多數個外齒作為磁極部。

在圓筒狀罩蓋13的內部，同軸地延伸著未圖示之中空馬達軸的圓筒狀的軸端部6。在圓筒狀之軸端部6的外周面，作為旋轉體的2極環形磁鐵15及多極齒輪16，一體旋轉地安裝成同軸。2極環形磁鐵15被安裝於馬達側，多極齒輪16則被安裝於相反側。

在圓筒狀罩蓋13的圓形內周面、與2極環形磁鐵15及多極齒輪16的外周面之間，形成有圓環狀間隙20。在圓環狀間隙20中，中心軸線1a方向之馬達側的端是由安裝框11所封閉，另一側的端則由端蓋14所封閉。

在該圓環狀間隙20內，沿著其圓周方向以預定的間隔配置有複數個剛性基板，在圖示的例子中，配置有5個剛性基板21~25。剛性基板21~25為矩形輪廓的基板，且被配置成：其長度方向，相對於2極環形磁鐵15、 多極齒輪16的外周面，朝向切線方向，其寬度方向朝向中心軸線1a的方向。此外，剛性基板21~25，各寬度方向的端部是由螺絲固定於形成在安裝框11的基板安裝用外周端面11a。而剛性基板21~25的輪廓形狀亦可為矩形以外的形狀，亦可分別為不同的形狀。

在本例中，採用可撓性印刷電路基板26、27、28、29、30....作為「導電地連接於各剛性基板21~25之間的導通構件」。就可撓性印刷電路基板26~30而言，可採用長度及寬度不同者。也可以採用相同寬度的可撓性印刷電路基板。

在剛性基板21~25的兩面安裝有旋轉檢測裝置3的電子零件。舉例來說，在剛性基板24、25分別安裝有2極側磁性檢測元件18、19，在剛性基板21安裝有多極側磁性檢測元件17A。2極側磁性檢測元件18、19，以90度的角度間隔配置於中心軸線1a的周圍，中空馬達軸1每次旋轉，以1個週期由其中一個輸出A相用訊號，由另一個輸出B相用訊號。從多極側磁性檢測元件17A，中空馬達軸1每次旋轉，以齒輪的每一個齒、或者對應於齒輪之齒數的週期，輸出A、B相用的訊號。舉例來說，在剛性基板22、23安裝有訊號處理迴路，根據這些訊號，生成用來表示「馬達中空軸的原點位置」、「1次旋轉內的絕對角度」及「轉數(旋轉速度)」的編碼器訊號。

如第2圖所示，安裝有多極側磁性檢測元件17A的剛性基板21，被配置在從「安裝有2極側磁性檢測元 件18、19的剛性基板24、25」的雙方朝圓周方向分離的位置。其結果，剛性基板21所安裝之多極訊號生成用的偏移磁鐵17B，也成為：從剛性基板24、25側之2極側磁性檢測元件18、19分離的位置。藉此，可降低偏移磁鐵17B朝向2極側的磁性干涉，精度良好的訊號檢測變得可能。

(剛性基板配列的其他例子)

第3圖，是顯示在圓環狀間隙20內所配置之剛性基板的配列構造之其他例子的說明圖。如該圖所示，複數個矩形輪廓的剛性基板41、42、43....，亦可不採用可撓性印刷電路基板等的電纜，在圓周方向上可裝卸地直接連結。

鄰接的剛性基板，譬如剛性基板41、42之間，能以特定的角度，透過可裝卸地形成連結的連結部51，而相互連結。在圖面中，是以一點鎖線來表示連結部51的安裝部分，針對其具體性的構造，省略其圖示。連結部51具備：作為將剛性基板41、42雙方予以導電連接之導電部分的機能。

舉例來說，可採用被稱為銷頭座(銷、插座、跨接線)的端子，作為用來連結剛性基板41、42之間的連結部51。只要將銷安裝於其中一個剛性基板41，並將「可供銷插入固定的插座」安裝於另一個鋼性基板42即可。在剛性基板42、43之間，於一點鎖線所表示的部分，也配置有相同構造的連結部52，使這些剛性基板42、43能以特定的角度在可裝卸的狀態下連結。

只要如以上所述，由於訊號的傳送距離變短，故有利於這些剛性基板所安裝之電氣迴路的耐噪性提升。此外，由於可不浪費空間地將多數個剛性基板配列於狹小的圓環狀間隙內，故可提高間隙的利用效率。不僅如此，可藉由變更各剛性基板間的連結角度，將相同的剛性基板應用於不同尺寸的中空致動器，也有利於成本面。

(其他的實施形態)

上述的實施形態，是將旋轉檢測裝置作為磁性絕對編碼器所構成之場合的例子。旋轉檢測裝置，也可以是磁性編碼器以外的光學式編碼器。此外，也可以是多極齒輪以外的多極環形磁鐵。

此外，本發明當能也同樣能適用於：具備中空馬達與中空減速機之構造的中空致動器。

1‧‧‧中空馬達(具有旋轉檢測裝置的中空馬達)

1a‧‧‧中心軸線

2‧‧‧馬達本體部

3‧‧‧旋轉檢測裝置

4‧‧‧中空部

5‧‧‧馬達外殼

6‧‧‧軸端部

11‧‧‧安裝框

11a‧‧‧基板安裝用外周端面

12‧‧‧裝置罩蓋

13‧‧‧圓筒狀罩蓋

14‧‧‧端蓋

15‧‧‧2極環形磁鐵

16‧‧‧多極齒輪

17A‧‧‧多極側磁性檢測元件

17B‧‧‧偏移磁鐵

18、19‧‧‧2極側磁性檢測元件

20‧‧‧圓環狀間隙

21、22、23、24、25‧‧‧剛性基板

26、27、28、29、30‧‧‧可撓性印刷電路基板

Claims (4)

1. 一種旋轉檢測裝置，具有：旋轉體，同軸地固定於檢測對象之中空旋轉軸的外周面；圓筒狀罩蓋，圍繞前述旋轉體；圓環狀間隙，形成於前述旋轉體的外周面與前述圓筒狀罩蓋的內周面之間；複數個剛性基板，在前述圓環狀間隙內，被配列於其圓周方向；複數個導通構件，在前述圓環狀間隙內，導電地連接於前述剛性基板之間，前述剛性基板，分別配置成相對於前述旋轉體的前述外周面朝切線方向延伸的狀態，前述剛性基板，包含複數個檢測元件安裝基板，前述檢測元件安裝基板分別安裝有用來檢測前述旋轉體之旋轉狀態的檢測元件，前述旋轉體，具備：在裝置軸線方向上以同軸狀態鄰接配置的2極環形磁鐵、多極齒輪或者多極環形磁鐵，在前述檢測元件安裝基板，含有2極側編碼器基板與多極側編碼器基板，該2極側編碼器基板安裝有用來檢測前述2極環形磁鐵之旋轉磁場的2極側磁性檢測元件，該多極側編碼器基板安裝有用來檢測前述多極齒輪或者前述多極環形磁鐵之旋轉磁場的多極側磁性檢測元件。
2. 如請求項1所記載的旋轉檢測裝置，其中前述導通構件，是可撓性印刷電路基板。
3. 如請求項1所記載的旋轉檢測裝置，其中在前述圓周方向上鄰接的前述剛性基板，分別透過可裝卸的連結部而相互連結，在前述連結部，含有作為前述導通構件發揮機能的連結部。
4. 一種中空致動器，具有：具備中空馬達軸的中空馬達；請求項1、2及3之其中任一項所記載的前述旋轉檢測裝置，前述旋轉檢測裝置，為了檢測前述中空馬達軸的旋轉狀態，被安裝於該中空馬達軸的外周。