TWI688190B - 編碼器及其適用之馬達 - Google Patents

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TWI688190B TW107129852A TW107129852A TWI688190B TW I688190 B TWI688190 B TW I688190B TW 107129852 A TW107129852 A TW 107129852A TW 107129852 A TW107129852 A TW 107129852A TW I688190 B TWI688190 B TW I688190B
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王宏洲
蔡明典
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台達電子工業股份有限公司
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Abstract

一種編碼器，包括承載盤、碼盤、旋轉軸、軸承、托架、殼體及感測組件。碼盤係設置於承載盤，旋轉軸具有第一承靠部及第二承靠部，第一承靠部係部分地穿設於承載盤。軸承具有軸承內環面及軸承外環面，軸承內環面係與第二承靠部相連接。托架具有軸承承靠部及托架弧面特徵部，軸承承靠部係與軸承外環面相連接。殼體具有殼體弧面特徵部與托架弧面特徵部相連接。

Description

編碼器及其適用之馬達
本發明係關於一種編碼器及其適用之馬達，尤指一種透過殼體弧面特徵部與托架弧面特徵部相連接，使殼體與托架相組配之編碼器及其適用之馬達。
隨著科技的進步，編碼器技術係廣泛應用於電機轉速量測與位置檢測等精密儀器控制領域，其中包括絕對型編碼器或增量型編碼器，可用在馬達之旋轉數、旋轉方向及轉動位置之檢測等。
一般而言，編碼器之主要架構係包括訊號讀取單元、碼盤單元、旋轉軸與殼體，其中訊號讀取單元係對應於碼盤單元設置，以獲得相關之位置訊號，而訊號讀取單元、碼盤單元、旋轉軸與殼體之間係透過多個固定夾具、鎖固元件及支撐部件相互連接以進行組裝， 然而，由於習知的編碼器中包含之元件數量眾多，元件之組成亦較為複雜，使得組裝步驟十分繁複。並且，編碼器容易因當中任一元件之偏差而無法達到精確之組裝，進而造成獲得之訊號不穩定。
故此，如何發展一種有別於以往的編碼器及其適用之馬達，以改善習知技術中的問題與缺點，可快速、簡便且容易地進行組裝，且可達到精 確之組裝位置關係，進而獲得良好之訊號品質，實為目前技術領域中的重點課題。
本案之主要目的為提供一種編碼器及其適用之馬達，俾解決並改善前述先前技術之問題與缺點。
本案之另一目的為提供一種編碼器及其適用之馬達，藉由托架之托架弧面特徵部與殼體之殼體弧面特徵部相組配，可快速、簡便且容易地進行組裝，且可達到精確之組裝位置關係。
本案之另一目的為提供一種編碼器及其適用之馬達，藉由托架弧面特徵部、軸承承靠部、殼體弧面特徵部、承載盤弧面特徵部以及旋轉軸間之組配，可使光學感測組件與光學碼盤之間具有相對精確之組裝位置關係，進而獲得良好之訊號品質。
本案之另一目的為提供一種編碼器及其適用之馬達，由於托架具有之托架弧面特徵部與軸承承靠部為同一工件之加工，故具有本質上相同之旋轉中心軸，可進一步獲得良好且穩定之訊號輸出。
本案之另一目的為提供一種編碼器及其適用之馬達，透過磁石與磁感測組件以及光學碼盤與光學感測組件之間位置精確之組裝，可獲得穩定之絕對位置訊號及增量位置訊號，進而實現高精細之絕對位置感測並獲得高精細之絕對位置資訊。
為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種編碼器，包括：一承載盤；一光學碼盤，係設置於承載盤；一旋轉軸，具有一第一承靠部 及一第二承靠部，第一承靠部係部分地穿設於承載盤；一第一軸承，具有一第一軸承內環面以及一第一軸承外環面，第一軸承內環面係與第二承靠部相連接；一托架，具有一軸承承靠部及一托架弧面特徵部，其中軸承承靠部係與第一軸承外環面相連接；一殼體，具有一殼體弧面特徵部，殼體係透過殼體弧面特徵部與托架弧面特徵部相連接並與托架相組配；一電路板，係設置於殼體且相對於光學碼盤；以及一光學感測組件，係設置於電路板且對應於光學碼盤，以對光學碼盤進行光學感測；其中，承載盤、旋轉軸、第一軸承及托架係以一旋轉中心軸為軸心共軸設置。
為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種馬達，包括：一編碼器，包括：一承載盤；一碼盤，係設置於承載盤；一旋轉軸，具有一第一承靠部及一第二承靠部，第一承靠部係部分地穿設於承載盤；一軸承，具有一軸承內環面以及一軸承外環面，軸承內環面係與第二承靠部相連接；一第一托架，具有一軸承承靠部及一托架弧面特徵部，其中軸承承靠部係與第一軸承外環面相連接；一殼體，具有一殼體弧面特徵部，殼體係透過殼體弧面特徵部與托架弧面特徵部相連接並與第一托架相組配；一電路板，係設置於殼體且相對於碼盤；以及一感測組件，係設置於電路板且對應於碼盤，以對碼盤進行感測；一馬達軸承，具有一馬達軸承內環面以及一馬達軸承外環面，馬達軸承內環面係與旋轉軸相連接；一第二托架，係與馬達軸承外環面相連接；一框體，係連接第一托架及第二托架；一轉子部，設置於框體，且套設於旋轉軸；以及一定子部，設置於框體且相對應於轉子部；其中，承載盤、旋轉軸、軸承、第一托架、馬達軸承及第二托架係以一旋轉中心軸為軸心共軸設置。
1:編碼器
10:承載盤
101:承載盤弧面特徵部
11:光學碼盤
12:旋轉軸
121:第一承靠部
122:第二承靠部
13:第一軸承
131:第一軸承內環面
132:第一軸承外環面
14:托架
141:軸承承靠部
142:托架弧面特徵部
15:殼體
151:殼體弧面特徵部
16:電路板
17:光學感測組件
170:基材
171:發光元件
172:收光元件
18:磁石
19:磁感測組件
2:第一鎖固件
3:第二鎖固件
4:第二軸承
41:第二軸承內環面
42:第二軸承外環面
5:馬達
6:馬達軸承
61:馬達軸承內環面
62:馬達軸承外環面
7:第二托架
8:框體
80:轉子部
81:定子部
A:旋轉中心軸
第1圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之剖面結構示意圖。
第2圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之剖面分解結構示意圖。
第3圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之部分結構示意圖。
第4圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之旋轉軸與托架之結構示意圖。
第5圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之剖面結構示意圖。
第6圖係顯示本案較佳實施例之編碼器適用之馬達之剖面結構示意圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。
請參閱第1圖、第2圖、第3圖及第4圖，其中第1圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之剖面結構示意圖，第2圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之剖面分解結構示意圖，第3圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之部分結構示意圖，以及第4圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之旋轉軸與托架之結構示意圖。如第1圖、第2圖、第3圖及第4圖所示，本案較佳實施例之編碼器1係包括承載盤10、光學碼盤11、旋轉軸12、第一軸承13、托架14、殼體15、電路板16及光學感測組件17。
光學碼盤11係設置於承載盤10上，旋轉軸12具有第一承靠部121及第二承靠部122，第一承靠部121係部分地穿設於承載盤10且與承載盤10相連接。第一軸承13具有第一軸承內環面131以及第一軸承外環面132，第 一軸承內環面131係與旋轉軸12之第二承靠部122相連接。托架14具有軸承承靠部141及托架弧面特徵部142，其中軸承承靠部141係與第一軸承外環面132相連接。殼體15具有殼體弧面特徵部151，且殼體15係透過殼體弧面特徵部151與托架弧面特徵部142相連接並與托架14相組配。電路板16係設置於殼體15內且相對於光學碼盤11配置。光學感測組件17係設置於電路板16且對應於光學碼盤11之一側，以於光學碼盤11相對於殼體15運動時對光學碼盤11進行光學感測。其中，承載盤10、旋轉軸12、第一軸承13及托架14係以一旋轉中心軸A為軸心共軸(co-axial)設置。
於一些實施例中，承載盤10具有承載盤弧面特徵部101，且承載盤10係透過承載盤弧面特徵部101與第一承靠部121相連接並與旋轉軸12相組配。於一些實施例中，托架弧面特徵部142為自托架14延伸而出之延伸部，殼體弧面特徵部151為自殼體15延伸而出之延伸部，承載盤弧面特徵部101為自承載盤10延伸而出自延伸部，該些延伸部為，例如但不限於，弧形延伸部或環形延伸部，藉此以透過彼此緊配或卡合之方式相互組接。
於一些實施例中，如第1圖所示，托架弧面特徵部142係位於殼體弧面特徵部151之內緣，而殼體15係透過該殼體弧面特徵部151自外側與托架弧面特徵部142相連接並與第一托架14相組配。於一些實施例中，如第3圖所示，托架弧面特徵部142係位於殼體弧面特徵部151之外緣，而殼體15係透過該殼體弧面特徵部151自內緣與托架弧面特徵部142相連接並與第一托架14相組配，然並不以此為限。於一些實施例中，托架弧面特徵部142為完整之圓環型弧面，可輕易且快速地對位並進行組裝。於一些實施例中，如第4圖所示，托架弧面特徵部142為複數個弧面片段，該些片段不相連接，然並不以此為限。
換言之，本案之編碼器藉由托架之托架弧面特徵部與殼體之殼體弧面特徵部相組配，可快速、簡便且容易地進行組裝，且可達到精確之組裝位置關係完成定位及限位。並且，藉由托架弧面特徵部、軸承承靠部、殼體弧面特徵部、承載盤弧面特徵部以及旋轉軸間之組配，可使光學感測組件與光學碼盤之間具有相對精確之組裝位置關係，進而獲得良好之訊號品質。同時，由於托架具有之托架弧面特徵部與軸承承靠部為同一工件之加工，故具有本質上相同之旋轉中心軸，可進一步獲得良好且穩定之訊號輸出。基於上述組配，整體結構亦可進一步強化。
於一些實施例中，編碼器1更包括磁石18及磁感測組件19，磁石18係設置於承載盤10上，且光學碼盤11係環繞於磁石18配置，磁感測組件19係設置於電路板16且對應於磁石18配置，以於磁石18相對於殼體15運動時對磁石18進行磁性感測。
於一些實施例中，磁感測組件19之中心係位於旋轉中心軸A上(on-axis)，當磁石18以旋轉中心軸A為軸心並旋轉一圈時，於磁感測組件19之位置會有旋轉一圈產生一個週期之磁氣特性變化，例如但不限於，磁通密度之強弱變化，而磁感測組件19偵測此磁氣特性變化並將之轉換為電氣訊號，產生或定義旋轉一圈一個完整週期之絕對位置訊號，以提供予訊號處理單元(圖未繪示)進行進一步訊號處理與整合，以獲取高精度之位置資訊。
於一些實施例中，磁感測組件19之中心係偏離旋轉中心軸A設置(off-axis)，以偵測磁氣特性變化並產生或定義旋轉一圈一個完整週期之絕對位置訊號。於一些實施例中，磁石18係可為環形磁石，當搭配磁感測組件19離軸設置時，係可實現中空環形之編碼器架構，但並不以此為限。於一些實施例中， 磁石18可為中空環形磁石、圓板形磁石、方板形磁石或任何可產生旋轉一圈一個磁特性週期變化之磁石，然亦不以此為限。於一些實施例中，磁感測組件19係包括磁阻元件(圖未繪示)，磁阻元件可為例如但不限於霍爾效應(Hall effect)元件、各向異性磁阻(anisotropic magnetoresistance,AMR)元件、巨磁阻(giant magnetoresistance,GMR)元件、穿隧磁阻(tunneling magnetoresistance,TMR)元件或採用以上元件之整合電路元件。
於一些實施例中，光學碼盤11可為玻璃材質、金屬材質、塑膠材質或任何可加工產生光學低反射係數與高反射係數交錯排列圖紋週期之材質，然並不以此為限。於一些實施例中，光學碼盤11具有至少一個增量圖紋軌道，增量圖紋軌道具有沿光學碼盤11之圓周方向排列之複數個由光學低反射係數與高反射係數特性交錯排列之增量圖紋，且光學感測組件17係對應於光學碼盤11之一側之增量圖紋軌道配置，以進行光學感測並獲得增量位置訊號。
於一些實施例中，光學感測組件17可包括基材170、至少一個發光元件171及至少一個收光元件172，基材170係設置於電路板16上，收光元件172係設置於基材170上，且發光元件171係設置於收光元件172上，其中發光元件171可為，例如但不限於，發光二極體(LED)、垂直共振腔面射形雷射(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)或雷射二極體(LD)，發光元件171之數目可為，例如但不限於，一個且具有至少一個發光區域。
發光元件171係發射出光線至光學碼盤11之增量圖紋軌道，光線係受對應之增量圖紋軌道所反射，因應個別增量圖紋反射係數差異而有不同程度反射效果，且在收光元件172之平面上形成光能量之強弱分布，而收光元件172偵測此光能量強弱分布之變化，並將之轉換或定義為電氣訊號，產生光 學碼盤11旋轉一圈具有複數個週期之增量位置訊號，以提供予訊號處理單元進行訊號處理與整合。
易言之，本案之編碼器透過磁石與磁感測組件以及光學碼盤與光學感測組件之間位置精確之組裝，可獲得穩定之絕對位置訊號及增量位置訊號，進而實現高精細之絕對位置感測並獲得高精細之絕對位置資訊。
於一些實施例中，編碼器1更包括第一鎖固件2，第一鎖固件2係穿設於承載盤10及旋轉軸12，俾使承載盤10固定於旋轉軸12。於一些實施例中，編碼器1更包括至少一個第二鎖固件3，例如但不限於，包括三個第二鎖固件3，該些第二鎖固件3係穿設於電路板16、殼體15及托架14，俾使電路板16及殼體15固定於托架14。其中，第一鎖固件2及第二鎖固件3可為，例如但不限於，鎖固螺絲或其他固定元件。
請參閱第1圖、第2圖及第5圖，其中第5圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之剖面結構示意圖。如第1圖、第2圖及第5圖所示，於一些實施例中，編碼器1更包括第二軸承4，第二軸承4具有第二軸承內環面41以及第二軸承外環面42，第二軸承內環面41係與旋轉軸12之第二承靠部122相連接，且第二軸承外環面42係與托架14之軸承承靠部141相連接，藉此以構成模組式之編碼器架構。
請參閱第1圖、第2圖及第6圖，其中第6圖係顯示本案較佳實施例之編碼器適用之馬達之剖面結構示意圖。如第1圖、第2圖及第6圖所示，本案較佳實施例之馬達5係包括編碼器1、馬達軸承6、第二托架7、框體8、轉子部80及定子部81。編碼器1係包括承載盤10、光學碼盤11、旋轉軸12、第一軸承13、托架14、殼體15、電路板16及光學感測組件17，關於編碼器1 之細部結構於前已進行詳細說明，故於此不再贅述。其中，轉子部80係包括磁石組合，且定子部81係包括線圈組合。
馬達軸承6具有馬達軸承內環面61以及馬達軸承外環面62，馬達軸承內環面61係與旋轉軸12相連接，而第二托架7係與馬達軸承外環面62相連接。框體8係連接第一托架14及第二托架7，轉子部80係設置於框體8內，且轉子部80係套設於旋轉軸12上，定子部81係設置於框體8內且相對應於轉子部80。其中，承載盤10、旋轉軸12、第一軸承13、第一托架14、馬達軸承6及第二托架7係以旋轉中心軸A為軸心共軸設置。藉此，以形成具高精度位置感知器之馬達，例如但不限於伺服馬達。
綜上所述，本案係提供一種編碼器及其適用之馬達，藉由托架之托架弧面特徵部與殼體之殼體弧面特徵部相組配，可快速、簡便且容易地進行組裝，且可達到精確之組裝位置關係。並且，藉由托架弧面特徵部、軸承承靠部、殼體弧面特徵部、承載盤弧面特徵部以及旋轉軸間之組配，可使光學感測組件與光學碼盤之間具有相對精確之組裝位置關係，進而獲得良好之訊號品質。且由於托架具有之托架弧面特徵部與軸承承靠部為同一工件之加工，故具有本質上相同之旋轉中心軸，可進一步獲得良好且穩定之訊號輸出。同時，透過磁石與磁感測組件以及光學碼盤與光學感測組件之間位置精確之組裝，可獲得穩定之絕對位置訊號及增量位置訊號，進而實現高精細之絕對位置感測並獲得高精細之絕對位置資訊。
縱使本案已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
1:編碼器
10:承載盤
101:承載盤弧面特徵部
11:光學碼盤
12:旋轉軸
121:第一承靠部
122:第二承靠部
13:第一軸承
131:第一軸承內環面
132:第一軸承外環面
14:托架
141:軸承承靠部
142:托架弧面特徵部
15:殼體
151:殼體弧面特徵部
16:電路板
17:光學感測組件
170:基材
171:發光元件
172:收光元件
18:磁石
19:磁感測組件
2:第一鎖固件
3:第二鎖固件
A:旋轉中心軸

Claims (14)

  1. 一種編碼器，包括：一承載盤；一光學碼盤，係設置於該承載盤；一旋轉軸，具有一第一承靠部及一第二承靠部，該第一承靠部係部分地穿設於該承載盤；一第一軸承，具有一第一軸承內環面及一第一軸承外環面，該第一軸承內環面係與該第二承靠部相連接；一托架，具有一軸承承靠部及一托架弧面特徵部，其中該軸承承靠部係與該第一軸承外環面相連接；一殼體，具有一殼體弧面特徵部，該殼體係透過該殼體弧面特徵部與該托架弧面特徵部相連接並與該托架相組配；一電路板，係設置於該殼體且相對於該光學碼盤；一光學感測組件，係設置於該電路板且對應於該光學碼盤，以對該光學碼盤進行光學感測；以及一鎖固件，係穿設於該電路板、該殼體之該殼體弧面特徵部及該托架，俾使該電路板及該殼體固定於該托架；其中，該承載盤、該旋轉軸、該第一軸承及該托架係以一旋轉中心軸為軸心共軸設置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該承載盤係具有一承載盤弧面特徵部，該承載盤係透過該承載盤弧面特徵部與該第一承靠部相連接並與該旋轉軸相組配。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該托架弧面特徵部係位於該殼體弧面特徵部之內緣。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該托架弧面特徵部係位於該殼體弧面特徵部之外緣。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該托架弧面特徵部為一圓環型弧面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該托架弧面特徵部為複數個弧面片段。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，更包括一磁石及一磁感測組件，該磁石係設置於該承載盤，且該光學碼盤係環繞於該磁石，該磁感測組件係設置於該電路板且對應於該磁石，以對該磁石進行磁性感測。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之編碼器，其中該磁感測組件之中心係位於該旋轉中心軸上。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之編碼器，其中該磁感測組件之中心係偏離該旋轉中心軸設置。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該光學碼盤具有至少一個增量圖紋軌道，該增量圖紋軌道係具有沿該光學碼盤之圓周方向排列之複數個增量圖紋。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該光學感測組件係包括一基材、至少一發光元件及至少一收光元件，該基材係設置於該電路 板，該收光元件係設置於該基材，且該發光元件係設置於該收光元件。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，更包括一鎖固件，係穿設於該承載盤及該旋轉軸，俾使該承載盤固定於該旋轉軸。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，更包括一第二軸承，該第二軸承具有一第二軸承內環面及一第二軸承外環面，該第二軸承內環面係與該第二承靠部相連接，且該第二軸承外環面係與該軸承承靠部相連接。
  14. 一種馬達，包括：一編碼器，包括：一承載盤；一碼盤，係設置於該承載盤；一旋轉軸，具有一第一承靠部及一第二承靠部，該第一承靠部係部分地穿設於該承載盤；一軸承，具有一軸承內環面以及一軸承外環面，該軸承內環面係與該第二承靠部相連接；一第一托架，具有一軸承承靠部及一托架弧面特徵部，其中該軸承承靠部係與該軸承外環面相連接；一殼體，具有一殼體弧面特徵部，該殼體係透過該殼體弧面特徵部與該托架弧面特徵部相連接並與該第一托架相組配；一電路板，係設置於該殼體且相對於該碼盤； 一感測組件，係設置於該電路板且對應於該碼盤，以對該碼盤進行感測；以及一鎖固件，係穿設於該電路板、該殼體之該殼體弧面特徵部及該第一托架，俾使該電路板及該殼體固定於該第一托架；一馬達軸承，具有一馬達軸承內環面及一馬達軸承外環面，該馬達軸承內環面係與該旋轉軸相連接；一第二托架，係與該馬達軸承外環面相連接；一框體，係連接該第一托架及該第二托架；一轉子部，設置於該框體，且套設於該旋轉軸；以及一定子部，設置於該框體且相對應於該轉子部；其中，該承載盤、該旋轉軸、該軸承、該第一托架、該馬達軸承及該第二托架係以一旋轉中心軸為軸心共軸設置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204988306U (zh) * 2015-09-15 2016-01-20 东菱技术有限公司 一种磁电混合式绝对值编码器
CN205829399U (zh) * 2016-06-17 2016-12-21 株式会社安川电机 一种编码器罩组件及马达装置
CN207766084U (zh) * 2017-12-15 2018-08-24 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 一种用于电机编码器的联轴结构和电机

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