TW202141897A - 旋轉式編碼器 - Google Patents

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Abstract

旋轉式編碼器(10)，是被組入形成於中空旋轉軸(11)及編碼器殼(12)之間的圓環狀空間(15)。旋轉式編碼器(10)，是具備：圓環形狀的印刷電路基板(50)、及在印刷電路基板(50)的半徑方向的外側且在圓周方向配列的複數枚的貼裝基板(22、32、41、42)、及在印刷電路基板(50)及各貼裝基板的各個之間朝半徑方向被架設的基板間配線用纜線(60)。以不會將配線用纜線繞線的方式對於各貼裝基板(22、32、41、42)進行供電，並收發各貼裝基板之間的訊號。可以實現一種旋轉式編碼器，是適合組入狹窄的圓環狀空間。

Description

旋轉式編碼器
本發明，是有關於檢出馬達的旋轉速度等的旋轉式編碼器。
為了檢出馬達等的旋轉狀態(旋轉速度、旋轉角度、旋轉位置等)，會使用：磁性式編碼器、光學式編碼器等的旋轉式編碼器。檢出中空馬達的中空軸等的旋轉狀態的情況時，作為旋轉式編碼器的基板、配線纜線等的構成零件的設置空間，是利用形成於中空軸、及將其包圍的殼之間的圓環狀空間。
第3圖，是顯示此情況下的旋轉式編碼器的編碼器基板等的配置狀態的說明圖。如此圖所示，在形成於中空旋轉軸101及圓筒狀的殼102之間的圓環狀空間103，配置有在將中空旋轉軸101的外周包圍的狀態下被分割成複數枚的編碼器基板111~114。在編碼器基板111~114中，包含：貼裝有磁性檢出元件等的檢出元件的檢出元件貼裝基板、貼裝有從來自檢出元件的檢出訊號生成相位不同的編碼訊號的訊號處理用模組的訊號處理基板、貼裝有在與外部之間進行訊號的收發的介面電路的介面基板等。在這些的編碼器基板111~114中，連接有：來自外部的供電用配線纜線、訊號收發用的配線纜線等。例如，相鄰接的編碼器基板111、112之間，是藉由配線纜線121而被連接。在圓周方向分離的編碼器基板111、114之間，是藉由配線纜線122而被連接。供電用配線纜線123是從殼102的外側被引入，編碼器輸出訊號的輸出用配線纜線124是朝殼外部被拉出。
在專利文獻1中，已提案了安裝在馬達的磁性式絕對編碼器。在此磁性式絕對編碼器中，以將2極磁鐵及多極磁鐵包圍起來的方式，將貼裝有複數磁性檢出元件的一枚的可撓性印刷電路基板(編碼器基板)配置成環路狀。由此，可以省略貼裝有磁性檢出元件的複數枚的編碼器基板的組裝作業，可以簡單地進行：各磁性檢出元件的定位作業、從各編碼器基板被拉出的配線的連線作業。在專利文獻2中，已提案了一種旋轉檢出裝置適合組入中空致動器等中的狹窄的圓環狀的間隙。在此旋轉檢出裝置中，採用將複數枚的剛性基板在圓周方向連結的結構。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2011/061794號公報 [專利文獻2]國際公開第2017/212654號公報
[發明所欲解決之問題]
在具備第3圖所示的習知的編碼器基板、配線的旋轉式編碼器中，具有如以下的課題。第1，作為設置空間的圓環狀空間若是狹窄的情況時，基板間配線用的纜線會迂迴繞行編碼器基板的旁側。有必要在狹窄的圓環狀空間確保纜線佈線用的空間。且，在基板間配線用的纜線的連接作業上費力費時。且，對於透過迂迴繞行基板的配線用纜線而被傳送的訊號，也會擔心其品質劣化。
第2，在半徑方向的寬度是狹窄的圓環狀空間內，將編碼器基板之間配線連接的情況時，確保將配線用纜線朝半徑方向的外側或是內側拉出用的空間是困難，配線用纜線會朝圓周方向被拉出。此情況，纜線連接器是在朝向圓周方向的狀態下，被貼裝在基板中。相鄰接的基板之間，為了確保將纜線連接器及配線纜線配置用的空間，有必要將相鄰接的基板分離配置。且，相鄰接的基板之間的間隙若狹窄的話，有必要在配線作業使用特殊的冶具。因此，狹窄的圓環狀空間的利用效率差。
第3，在尺寸的不同的馬達組裝共通的編碼器基板的情況時，基板間配線用的纜線，有必要依據各馬達尺寸改變長度。纜線無法共通化、統一化，基板共通化的成本無法下降。
另一方面，在專利文獻1的磁性式絕對編碼器中，使用對於組裝對象的馬達的各尺寸而專用設計的1枚的可撓性印刷電路基板(編碼器基板)。配線用纜線的佈線是成為不需要，基板間配線用的纜線的佈線、連線作業也簡單。但是，使用在尺寸的不同的馬達的情況時，具有編碼器基板無法共通化的課題。
專利文獻2的旋轉檢出裝置，是使用將複數枚的剛性基板圓環狀地連結地構成的編碼器基板，適合組入狹窄的環狀空間。但是未考慮，從各剛性基板被拉出的配線的佈線、分離的剛性基板之間的配線、連線等。
本發明的目的，是有鑑於此點，而提供一種旋轉式編碼器，適合組入狹窄的圓環狀空間、基板間配線用的纜線的佈線及連線作業簡單、不同的尺寸的馬達也可以共通使用。 [用以解決問題之技術手段]
為了解決上述的課題，本發明的旋轉式編碼器，是具有：具備複數枚的貼裝基板的編碼器電路基板、及形成圓環形狀的印刷電路基板、及將印刷電路基板及貼裝基板的各個之間連接的基板間配線用纜線。貼裝基板，是沿著印刷電路基板，在其圓周方向被配列於：對於印刷電路基板鄰接於半徑方向的外側或是內側的位置、或是鄰接於中心軸線的方向的位置。基板間配線用纜線，是朝半徑方向或是中心軸線的方向被架設在印刷電路基板及貼裝基板的各個之間。印刷電路基板，是具備：對於貼裝基板的各個的供電用的配線圖型、及至少2枚的貼裝基板之間的訊號傳送用的配線圖型。
在本發明的旋轉式編碼器中，透過形成圓環形狀的印刷電路基板，使各貼裝基板之間被連接。在印刷電路基板中，被印刷了對於各貼裝基板的供電用的配線圖型。從外部被供給的電力，是經由印刷電路基板的供電用的配線圖型，被分配至各貼裝基板。不必要將對應複數貼裝基板的條數的供電用的配線纜線，迂迴繞過被配列在圓周方向的貼裝基板的旁側。且，在印刷電路基板中，被印刷了將貼裝基板之間連接的訊號傳送用的配線圖型。供將在圓周方向分離的位置中的貼裝基板之間連接用的配線纜線不需要繞行。因此，供電用的配線纜線、訊號傳送用的配線纜線的設置空間及設置作業是成為不需要。
且各貼裝基板及印刷電路基板之間，是藉由在那些之間在半徑方向或是中心軸線的方向被架設的基板間配線用纜線而被連接。不需要將相鄰接的貼裝基板之間的間隙朝圓周方向擴散，來確保配線用的空間。且，因為不需要將長的配線用纜線朝圓周方向繞行，所以也可以抑制被傳送的訊號品質劣化。
進一步，在馬達尺寸不同的旋轉式編碼器之間，容易將貼裝基板、印刷電路基板、及基板間配線用纜線共通化。
在此，將貼裝基板，配置於圓環形狀的印刷電路基板的半徑方向的外側較佳。藉由將印刷電路基板配置於貼裝基板的內側，就可以減小其外徑尺寸，可以將其周長縮短。由此，可以縮短：為了將貼裝基板之間連繋，而在印刷電路基板上朝圓周方向延伸的配線圖型的長度。
本發明的旋轉式編碼器，是適合組入圓環狀空間。圓環狀空間，是形成於：中空旋轉軸、及將此中空旋轉軸包圍的編碼器殼之間。
將本發明的旋轉式編碼器組入馬達，或是具備馬達及減速機的致動器的情況時，可以將該旋轉式編碼器直接組入：馬達軸及馬達殼之間的圓環狀空間、或是減速機輸出軸及減速機殼之間的圓環狀空間。
以下，參照圖面，說明一種中空馬達，其具備本發明的實施例的旋轉式編碼器。
第1圖(a)，是顯示中空馬達的示意圖，第1圖(b)是顯示旋轉式編碼器的編碼器基板等的配列狀態的說明圖。中空馬達1是具備圓筒狀的馬達殼2，在馬達殼2的內部，配置有貫通其中心延伸的中空馬達軸3。中空馬達軸3是在中心軸線1a的方向的前後的部分，透過軸承藉由馬達殼2而在可旋轉自如的狀態下被支撐。在中空馬達軸3中，安裝有馬達轉子(無圖示)，馬達定子(無圖示)是在將此馬達轉子呈同心狀包圍的狀態下被安裝於馬達殼2側。
在馬達殼2的後端安裝有旋轉式編碼器10。旋轉式編碼器10，是具備：與中空馬達軸3的軸端部一體形成的中空旋轉軸11、及將中空旋轉軸11包圍的杯形狀的編碼器殼12。藉由中空馬達軸3及中空旋轉軸11，而形成將馬達中心部分朝中心軸線1a的方向貫通延伸的圓形中空部14。且，在旋轉式編碼器10中，在中空旋轉軸11及編碼器殼12的圓筒部分12a之間，形成有圓環狀空間15。旋轉式編碼器10的構成零件是組入圓環狀空間15內。
又，具備本發明的旋轉式編碼器的致動器，是例如，如第1圖(a)中想像線(虛線)所示，減速機90是成為被組裝在中空馬達1的前段的結構。減速機90，例如是使用諧波齒輪減速機。中空致動器的情況時，減速機90，是使用具備貫通中心延伸的中空部91的中空減速機。藉由中空部91及中空馬達1的圓形中空部14，而形成貫通致動器中心延伸的致動器中空部。
在中空馬達1中，旋轉式編碼器10，是例如，具備磁性式編碼器部20及光學式編碼器部30的絕對編碼器。磁性式編碼器部20，是具備：同軸地被固定於中空旋轉軸11的2極磁化磁鐵環21、及安裝於編碼器殼12側的貼裝基板22(MT基板)。在貼裝基板22中，貼裝了霍爾元件等的磁性感測器其他的電子零件。光學式編碼器部30，是具備：同軸地被安裝於中空旋轉軸11的狹縫圓板31、及被安裝於編碼器殼12側的貼裝基板32(ST基板)。在貼裝基板32中，貼裝了：發光元件、受光元件、這些的控制電路零件等。
且旋轉式編碼器10，是具備：貼裝有構成將從磁性式編碼器部20、光學式編碼器部30獲得的檢出訊號處理的訊號處理電路等的電子零件等的貼裝基板41、及貼裝有構成在與外部之間進行訊號的收發的介面電路等的電子零件等的貼裝基板42。
進一步，旋轉式編碼器10，是具備：被印刷了將貼裝基板22、32、41、42之間連接用的配線圖型的形成圓環形狀的印刷電路基板50、及將印刷電路基板50及貼裝基板22、32、41、42的各個之間連接的4條基板間配線用纜線60、將從外部被引入的電源供給用的供電用配線纜線71及編碼器訊號輸出用的配線纜線72連接的端子部70。在形成圓環形狀的印刷電路基板50中，貼裝了：將從外部被供給的電力分配至各貼裝基板22、32、41、42用的供電用的配線圖型、及在各貼裝基板22、32、41、42之間進行訊號的收發的訊號傳送用的配線圖型。
形成圓環形狀的印刷電路基板50，是配置成將中空旋轉軸11同軸地包圍的狀態。貼裝基板22、32、41、42，是形成適合配列在圓環狀空間15的圓弧形狀的基板，在圓周方向由規定的間隔被配列在印刷電路基板50的外周側。4枚的貼裝基板22、32、41、42及1枚的印刷電路基板50，是被安裝於編碼器殼12中的基板支撐件80。
在印刷電路基板50中，在與各貼裝基板22、32、41、42對峙的部位中，纜線連接器61是各別被貼裝成朝向半徑方向的外方的狀態。在各貼裝基板22、32、41、42中，纜線連接器62是被貼裝成朝向半徑方向的內方的狀態。基板間配線用纜線60，是朝半徑方向被架設在印刷電路基板50的纜線連接器61、及各貼裝基板22、32、41、42的纜線連接器62之間。
又，本例的旋轉式編碼器10，是依據磁性式編碼器部20及光學式編碼器部30的檢出訊號，各別生成A相訊號及B相訊號。依據這些的編碼訊號，算出：中空馬達軸3的1圈內的絕對旋轉位置、及從該中空馬達軸3的原點位置起算的旋轉數等。
本例的旋轉式編碼器10，是在圓環狀空間15內具備：被配列在圓周方向的複數枚(4枚)的貼裝基板22、32、41、42、及配置於這些的半徑方向的內側的圓環形狀的印刷電路基板50、及將各貼裝基板22、32、41、42及印刷電路基板50之間連繋的4條基板間配線用纜線60。與第3圖所示的習知的情況相異，將貼裝基板22、32、41、42連接用的配線用纜線不需要朝圓周方向繞行，各貼裝基板之間，是經由圓環形狀的印刷電路基板50被電連接。
例如，從外部被供給的電力，是經由印刷電路基板50，被分配至各貼裝基板22、32、41、42。朝貼裝基板供給電力等用的配線用纜線、及其設置空間是成為不需要。被配置於狹窄的圓環狀空間15的複數枚的分割基板之間的連線作業是變成容易，可以抑制透過長的配線纜線被傳送的訊號品質劣化。
且相鄰接的貼裝基板22、32、41、42之間，不必要確保將纜線連接器、配線纜線等配置用的空間。將相鄰接的分割基板之間的間隙因為不必要很寬，所以可以有效活用狹窄的圓環狀空間15。
進一步，各貼裝基板22、32、41、42是從半徑方向的外側被配線連接於圓環形狀的印刷電路基板50。因為只要將纜線連接器，對於印刷電路基板、分割基板，從半徑方向裝卸即可，所以其裝卸也容易。
接著，第3圖所示的習知結構的旋轉式編碼器的情況時，有必要對於各馬達的尺寸專用設計配線纜線的長度。且，適用於小形尺寸的馬達的情況時，因為有必要留意纜線連接器的貼裝區域地進行設計，所以設計自由度下降。另一方面，在大形尺寸的馬達中，起因於纜線的長度變長，而會使訊號的品質劣化的風險變高。對於此，本例的旋轉式編碼器10，可以無關於馬達的尺寸，將零件(分割基板、印刷電路基板、基板間配線用纜線)共通化，而具有生產管理成為容易的優點。
第2圖，是顯示將旋轉式編碼器10，組入具備比第1圖的情況更大徑的圓環狀空間15A的尺寸大的中空馬達的情況的一例的說明圖。可以直接使用：貼裝基板22、32、41、42、印刷電路基板50、基板間配線用纜線60。適用於大形尺寸的馬達的情況時，也可以將配線纜線的長度抑制至最小限度，可以良好地保持訊號品質。例如，使用配線用纜線將貼裝基板42、32之間連接的情況時，如第2圖中一點鎖線所示，配線長度是變長。在本例中，如虛線所示因為基板之間是透過圓環形狀的印刷電路基板50連接，所以可以將配線長度大幅地縮短。
(其他的實施例) 以上，雖說明了具備適用本發明的旋轉式編碼器的中空馬達，但是本發明的旋轉式編碼器，也可以當然同樣地適用於中空馬達及具備中空諧波齒輪裝置等的中空型的齒輪式減速機的中空致動器。
且上述的旋轉式編碼器10，其編碼器基板具備4枚的貼裝基板。貼裝基板的枚數不限定於4枚。且，各貼裝基板的形狀不限定於圓弧形狀。
進一步，在上述的例中，將圓環形狀的印刷電路基板，對於貼裝基板配置於半徑方向的內側。將印刷電路基板，對於貼裝基板，配置於半徑方向的外側也可以。且，也可以將印刷電路基板，配置於貼裝基板的側方的位置，即對於貼裝基板鄰接於編碼器中心軸線的方向的位置。
1:中空馬達 1a:中心軸線 2:馬達殼 3:中空馬達軸 10:旋轉式編碼器 11:中空旋轉軸 12:編碼器殼 12a:圓筒部分 14:圓形中空部 15:圓環狀空間 15A:圓環狀空間 20:磁性式編碼器部 21:極磁化磁鐵環 22:貼裝基板 30:光學式編碼器部 31:狹縫圓板 32:貼裝基板 41:貼裝基板 42:貼裝基板 50:印刷電路基板 60:基板間配線用纜線 61:纜線連接器 62:纜線連接器 70:端子部 71:供電用配線纜線 72:配線纜線 80:基板支撐件 90:減速機 91:中空部
[第1圖](a)是顯示具備適用本發明的旋轉式編碼器的中空馬達的示意圖，(b)是顯示旋轉式編碼器的貼裝基板等的配列狀態的說明圖。 [第2圖]顯示第1圖的旋轉式編碼器的作用效果的說明圖。 [第3圖]顯示習知的旋轉式編碼器的基板配列狀態的說明圖。
1:中空馬達
1a:中心軸線
2:馬達殼
3:中空馬達軸
10:旋轉式編碼器
11:中空旋轉軸
12:編碼器殼
12a:圓筒部分
14:圓形中空部
15:圓環狀空間
20:磁性式編碼器部
21:極磁化磁鐵環
22:貼裝基板
30:光學式編碼器部
31:狹縫圓板
32:貼裝基板
41:貼裝基板
42:貼裝基板
50:印刷電路基板
60:基板間配線用纜線
61:纜線連接器
62:纜線連接器
70:端子部
71:供電用配線纜線
72:配線纜線
80:基板支撐件
90:減速機
91:中空部

Claims (12)

  1. 一種旋轉式編碼器，具有： 具備複數枚的貼裝基板的編碼器電路基板、及 形成圓環形狀的印刷電路基板、及 將前述印刷電路基板及前述貼裝基板的各個之間連接的基板間配線用纜線， 前述貼裝基板，是在對於前述印刷電路基板鄰接於半徑方向的外側或是內側的位置，沿著前述印刷電路基板，被配列在其圓周方向， 前述基板間配線用纜線，是朝前述半徑方向被架設在前述印刷電路基板及前述貼裝基板的各個之間， 前述印刷電路基板，是具備：對於前述貼裝基板的各個供電用的配線圖型、及至少2個前述貼裝基板之間的訊號傳送用的配線圖型。
  2. 如請求項1的旋轉式編碼器，其中， 前述貼裝基板，是對於前述印刷電路基板，被配置於前述半徑方向的外側。
  3. 如請求項1的旋轉式編碼器，其中，具備： 中空旋轉軸、及 將前述中空旋轉軸包圍的編碼器殼、及 形成於前述中空旋轉軸及前述編碼器殼之間的圓環狀空間， 在前述圓環狀空間內，配置有前述印刷電路基板、前述貼裝基板及前述基板間配線用纜線。
  4. 如請求項2的旋轉式編碼器，其中，具備： 中空旋轉軸、及 將前述中空旋轉軸包圍的編碼器殼、及 形成於前述中空旋轉軸及前述編碼器殼之間的圓環狀空間， 在前述圓環狀空間內，配置有前述印刷電路基板、前述貼裝基板及前述基板間配線用纜線。
  5. 一種馬達， 具備供檢出馬達輸出軸的旋轉資訊用的如請求項1的旋轉式編碼器。
  6. 如請求項5的馬達，其中， 前述貼裝基板，是對於前述印刷電路基板，被配置於前述半徑方向的外側。
  7. 如請求項5的馬達，其中，具備： 中空旋轉軸、及 將前述中空旋轉軸包圍的編碼器殼、及 形成於前述中空旋轉軸及前述編碼器殼之間的圓環狀空間， 在前述圓環狀空間內，配置有前述印刷電路基板、前述貼裝基板及前述基板間配線用纜線。
  8. 如請求項6的馬達，其中，具備： 中空旋轉軸、及 將前述中空旋轉軸包圍的編碼器殼、及 形成於前述中空旋轉軸及前述編碼器殼之間的圓環狀空間， 在前述圓環狀空間內，配置有前述印刷電路基板、前述貼裝基板及前述基板間配線用纜線。
  9. 一種致動器，具備： 馬達、及 將前述馬達的輸出旋轉減速的減速機、及 檢出前述減速機的輸出軸的旋轉資訊用的如請求項1的旋轉式編碼器。
  10. 如請求項9的致動器，其中， 前述貼裝基板，是對於前述印刷電路基板，被配置於前述半徑方向的外側。
  11. 如請求項9的致動器，其中，具備： 中空旋轉軸、及 將前述中空旋轉軸包圍的編碼器殼、及 形成於前述中空旋轉軸及前述編碼器殼之間的圓環狀空間， 在前述圓環狀空間內，配置有前述印刷電路基板、前述貼裝基板及前述基板間配線用纜線。
  12. 如請求項10的致動器，其中，具備： 中空旋轉軸、及 將前述中空旋轉軸包圍的編碼器殼、及 形成於前述中空旋轉軸及前述編碼器殼之間的圓環狀空間， 在前述圓環狀空間內，配置有前述印刷電路基板、前述貼裝基板及前述基板間配線用纜線。
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