TWI692619B - 編碼器及其適用之可轉動裝置 - Google Patents

Abstract

本案係關於一種編碼器，係適用於可轉動裝置。編碼器包括碼盤組、至少一軸承、軸承殼體、主殼體、感測器及彈性組件。碼盤組設置於可轉動裝置之旋轉端，軸承環設於旋轉端，且具有軸承內環面及軸承外環面，軸承內環面與旋轉端相連接。軸承殼體環設於軸承並與軸承外環面相連接，主殼體與軸承殼體之第一端部相連接，感測器設置於主殼體並對應於碼盤組，且感測器與碼盤組之間具有間距，而彈性組件與軸承殼體之第二端部及可轉動裝置之固定端相連接。藉此，以使得感測器與碼盤組之間距維持固定，進而獲得良好之位置檢測性能與穩定之訊號。

Description

編碼器及其適用之可轉動裝置

本發明係關於一種編碼器及其適用之可轉動裝置，尤指一種可維持感測器與碼盤組之間距之編碼器及其適用之可轉動裝置。

隨著科技的進步以及自動化需求之提升，於眾多運用馬達之產品或設備，例如檢測數值控制工具機(CNC工具機)或機器人等，其中皆需要對速度或位置進行精密控制。為達到精密之速度與位置控制，需要具有精確之訊號回授，是以，用於檢測馬達轉速與轉動位置以及回授訊號的編碼器之設計尤為重要。

習知技術中，編碼器之設計可分為一體式及分離式架構。於一體式編碼器中，碼盤與對應之感測器係構成一體之模組，且可將整個模組直接套設至馬達之旋轉軸。其中碼盤與感測器間之相對位置雖較容易保證，然模組之體積較大，且編碼器當中之元件損壞時，維修更換較為複雜且困難。

而於分離式編碼器中，係將碼盤直接設置於旋轉軸，並另將感測器與後端蓋相組配，使得碼盤與感測器為分離之結構，雖然此種編碼器之體積較小，然於旋轉軸運轉時，碼盤與感測器間之相對位置較易因零件加工尺寸、組裝製程或負載變化等外在因素而造成變動，進而影響編碼器之位置檢測。

故此，如何發展一種有別於往的編碼器及其適用之可轉動裝置，以改善習知技術中的問題與缺點，可容易地進行維修更換，且可維持感測器與碼盤組之間距，減小編碼器之振動，進而獲得良好之位置檢測性能與穩定之訊號，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可轉動裝置，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可轉動裝置，透過設置軸承、軸承殼體及彈性組件，使得設於主殼體之感測器與設於旋轉端之碼盤組的間距可不受外在因素影響而維持固定，進而獲得良好之位置檢測性能與穩定之訊號。

本案之另一目的為提供一種編碼器及其適用之可轉動裝置，藉由彈性組件允許軸承殼體與固定端的軸向相對位移且限制軸承殼體與固定端同軸心的旋轉運動，以及軸承限制軸承殼體與旋轉端的軸向相對位移且允許軸承殼體與旋轉端同軸心的旋轉運動，並配合主殼體與軸承殼體剛性連接，可穩定地維持感測器與碼盤組之間的間距，且設於主殼體之感測器故障時可輕易透過拆卸殼體以進行維修更換。

本案之另一目的為提供一種編碼器及其適用之可轉動裝置，透過設置包括彈片及阻尼元件之彈性組件，可在不影響軸承殼體之軸向位移下，限制其旋轉自由度，且可減小編碼器之振動，藉此獲得品質良好且穩定之訊號。

為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種編碼器，係適用於一可轉動裝置，其中該可轉動裝置係包括一旋轉端及一固定端，該旋轉端係與該固定端相連接，且該編碼器係包括：一碼盤組，係設置於該旋轉端；至少一軸承，係環設於該旋轉端，且每一個該軸承具有一軸承內環面及一軸承外環面，該軸承內環面係與該旋轉端相連接；一軸承殼體，係環設於該軸承，且與該軸承外環面相連接，其中該軸承殼體具有位於相異兩側之一第一端部及一第二端部；一主殼體，係與該軸承殼體之該第一端部相連接；一感測器，係設置於該主殼體並對應於該碼盤組，且該感測器與該碼盤組之間具有一間距；以及一彈性組件，係與該軸承殼體之該第二端部以及該可轉動裝置之該固定端相連接。

為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種可轉動裝置，包括：一固定端；一旋轉部，係具有一旋轉端，該旋轉端係與該固定端相連接；以及一編碼器，包括：一碼盤組，係設置於該旋轉端；至少一軸承，係環設於該旋轉端，且每一個該軸承具有一軸承內環面及一軸承外環面，該軸承內環面係與該旋轉端相連接；一軸承殼體，係環設於該軸承，且與該軸承外環面相連接，其中該軸承殼體具有位於相異兩側之一第一端部及一第二端部；一主殼體，係與該軸承殼體之該第一端部相連接；一感測器，係設置於該主殼體並對應於該碼盤組，且該感測器與該碼盤組之間具有一間距；以及一彈性組件，係與該軸承殼體之該第二端部以及該固定端相連接。

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、第4圖及第5圖，其中第1圖係顯示本案較佳實施例之編碼器及其適用之可轉動裝置之剖面分解結構示意圖，第2圖係顯示第1圖所示之編碼器及其適用之可轉動裝置之細部結構示意圖，第3圖係顯示本案較佳實施例之編碼器適用之可轉動裝置之結構示意圖，第4圖係顯示本案較佳實施例之編碼器及其適用之可轉動裝置之分解結構示意圖，以及第5圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之分解結構示意圖。如第1圖、第2圖、第3圖、第4圖及第5圖所示，本案較佳實施例之編碼器1係適用於可轉動裝置2，其中可轉動裝置2係包括旋轉端21及固定端22，旋轉端21係與固定端22相連接，且旋轉端21係例如但不限於穿設於固定端22，可轉動裝置2可為例如但不限於馬達。編碼器1係包括碼盤組11、至少一軸承12、軸承殼體13、主殼體14、感測器15及彈性組件16，其中碼盤組11係為例如但不限於光學碼盤組或磁性碼盤組，軸承12係為例如但不限於滾珠軸承，且感測器15係為例如但不限於光學感測器或磁感測器。

碼盤組11係設置於旋轉端21，軸承12係環設於旋轉端21，且每一個軸承12具有軸承內環面121及軸承外環面122，其中軸承內環面121係與旋轉端21相連接。軸承殼體13係環設於軸承12，且與軸承12之軸承外環面122相連接，其中軸承殼體13具有位於相異兩側之第一端部131及第二端部132。主殼體14係與軸承殼體13之第一端部131相連接，例如但不限於透過鎖附螺絲剛性連接，且碼盤組11係設置於軸承殼體13及主殼體14之間。 感測器15係設置於主殼體14並對應於碼盤組11，且感測器15與碼盤組11之間具有一間距D，其中感測器15係例如但不限於設置於電路板，且電路板係設置於主殼體14。彈性組件16係與軸承殼體13之第二端部132以及可轉動裝置2之固定端22相連接。

本案之彈性組件16係允許軸承殼體13相對固定端22沿旋轉端21之軸向位移，且彈性組件16係限制軸承殼體13與固定端22共軸之旋轉運動。軸承12係限制軸承殼體13相對旋轉端21沿旋轉端21之軸向位移，且軸承12係允許軸承殼體13與旋轉端21共軸之旋轉運動，並且主殼體14係與軸承殼體13之第一端部131剛性連接，俾使感測器15與碼盤組11之間的間距D維持固定。

換言之，本案之編碼器及其適用之可轉動裝置係透過設置軸承、軸承殼體及彈性組件，使得設於主殼體之感測器與設於旋轉端之碼盤組的間距可不受外在因素影響而維持固定，進而獲得良好之位置檢測性能與穩定之訊號。並且，藉由彈性組件允許軸承殼體與固定端的軸向相對位移且限制軸承殼體與固定端同軸心的旋轉運動，以及軸承限制軸承殼體與旋轉端的軸向相對位移且允許軸承殼體與旋轉端同軸心的旋轉運動，並配合主殼體與軸承殼體剛性連接，可穩定地維持感測器與碼盤組之間的間距，且設於主殼體之感測器故障時可輕易透過拆卸殼體以進行維修更換。

於一些實施例中，可轉動裝置2之旋轉端21係包括第一本體211、第二本體212及第三本體213，第一本體211係穿設於碼盤組11，第二本體212係穿設於軸承12，第三本體213係穿設於彈性組件16，且第二本體212係與第一本體211及第三本體213相連接。其中，第一本體211之直徑係小於第二本體212之直徑，且第二本體212之直徑係小於第三本體213之直徑，以利於編碼器1之安裝與組配，然並不以此為限。

於一些實施例中，本案之編碼器1包括之軸承12之數量為二，每一個軸承12具有軸承內環面121及軸承外環面122，軸承內環面121係與旋轉端21相連接，軸承外環面122係與軸承殼體13相連接，且該二個軸承12係彼此串聯並設置於軸承殼體13。二個軸承12可為例如但不限於斜角滾珠軸承，且二個軸承12中滾珠之曲率接觸角度不同，以於可轉動裝置2之旋轉端21旋轉時構成不同之受力方式。於一些實施例中，二個軸承12之尺寸相同，且係透過控制壓力及行程使二個軸承12形成錯位預壓，進而使得旋轉精度提高，然並不以此為限。

於一些實施例中，編碼器1更可包括軸承固定環（未圖示），軸承固定環係透過螺牙鎖固以環設於可轉動裝置2之旋轉端21並抵頂於軸承12，且軸承固定環與旋轉端21係具有相匹配之螺紋，藉此以固定軸承12。於一些實施例中，碼盤組11係鎖固於軸承固定環並抵頂於軸承12，即軸承固定環係與碼盤組11及軸承12相連接，以更佳地將軸承12加以固定，然並不以此為限。

請參閱第1圖、第2圖及第5圖。如第1圖、第2圖及第5圖所示，本案之彈性組件16係包括彈片161，彈片161具有本體部1611及至少一彎折部1612，其中本體部1611具有通孔1610，且可轉動裝置2之旋轉端21係穿設於通孔1610。每一個彎折部1612係自本體部1611延伸而出，且固設於可轉動裝置2之固定端22，藉此可降低軸承殼體13之軸向剛性，且可抵抗旋轉方向剛性。於一些實施例中，彈片161係具有二個彎折部1612，且二個彎折部1612係分別位於本體部1611之相異兩側，藉此以透過雙邊固定方式將二個彎折部1612固設於可轉動裝置2之固定端22，然並不以此為限。

於一些實施例中，彈性組件16更包括阻尼元件162，且彈片161更具有二個連接部1613，二個連接部1613係自本體部1611延伸而出，並與阻尼元件162相連接，例如但不限於透過鎖附螺絲將彈片161之二個連接部1613固設於阻尼元件162。於一些實施例中，阻尼元件162具有開口1620及凸出部1621，凸出部1621係自開口1620之外緣延伸而出，其中彈片161之二個連接部1613係固設於該阻尼元件162之凸出部1621，而凸出部1621係與軸承殼體13之第二端部132相連接，且可轉動裝置2之旋轉端21係穿設於彈片161之通孔1610及阻尼元件162之開口1620。其中，彈片161係為金屬彈片，以於可轉動裝置2運轉時，在不影響軸承殼體13軸向位移的情況下限制其旋轉自由度，而阻尼元件162係為橡膠阻尼元件，以於高速旋轉時達到吸震之功效，然皆不以此為限。

請參閱第6圖，第6圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之分解結構示意圖。如第6圖所示，於一些實施例中，編碼器1係採用彈性組件16’，其中彈性組件16’係包括彈片161’及圓弧狀阻尼元件162’。彈片161’具有本體部1611’、單一個彎折部1612’及二個連接部1613’，其中彎折部1612’及二個連接部1613’係自本體部1611’延伸而出。二個連接部1613’係與圓弧狀阻尼元件162’相連接，並透過單邊固定方式將單一彎折部1612’固設於可旋轉裝置之固定端，然並不以此為限。

易言之，本案之編碼器及其適用之可轉動裝置係透過設置包括彈片及阻尼元件之彈性組件，可在不影響套環軸向位移的情況下限制其旋轉自由度，且可減小編碼器之振動，藉此獲得品質良好且穩定之訊號。

請參閱第7圖，第7圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之分解結構示意圖。如第7圖所示，於一些實施例中，本案之編碼器1更包括間隔環件17，係設置於軸承殼體13，且間隔環件17係設置於二個軸承12之間，以使二個軸承12形成錯位預壓，進而提高旋轉精度，但並不以此為限。

請參閱第8圖，第8圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之分解結構示意圖。如第8圖所示，於一些實施例中，本案之編碼器1更包括波型彈片18，係設置於軸承殼體13，且波型彈片18係設置於二個軸承12之間，其中二個軸承12之尺寸為一大一小，藉此以使二個軸承12形成錯位預壓，進而使得旋轉精度提高，並避免產生噪音，然亦不以此為限。

請參閱第1圖、第2圖、第3圖、第4圖及第5圖。如第1圖、第2圖、第3圖、第4圖及第5圖所示，本案較佳實施例之可轉動裝置2係包括固定端22、旋轉部20以及編碼器1。旋轉部20係具有旋轉端21，其中旋轉端21係與固定端22相連接，且旋轉端21係例如但不限於穿設於固定端22。編碼器1係包括碼盤組11、至少一軸承12、軸承殼體13、主殼體14、感測器15及彈性組件16，由於編碼器1之細部結構於前已進行詳細說明，故於此不再贅述。

於一些實施例中，可轉動裝置2更可包括編碼器罩蓋23，編碼器罩蓋23係與固定端22相連接，且編碼器1係容置於編碼器罩蓋23內，藉此以保護編碼器1。於一些實施例中，可轉動裝置2之更可包括底座24、框體25及定子部26，其中旋轉部20係穿設於底座24，框體25係與固定端22及底座24相連接，且定子部26係設置於框體25且環繞於旋轉部20。

本案之可轉動裝置2更可包括第一承載軸承27及第二承載軸承28，第一承載軸承27係設置於固定端22且環設於旋轉部20之旋轉端21，而第二承載軸承28係設置於底座24且環設於旋轉部20。

於一些實施例中，旋轉部20之旋轉端21更包括第一本體211、第二本體212、第三本體213及第四本體214，第一本體211係穿設於碼盤組11，第二本體212係穿設於軸承12，第三本體213係穿設於彈性組件16，且第四本體214係穿設於第一承載軸承27，其中第二本體212係與第一本體211及第三本體213相連接，且第三本體213係與第四本體214相連接。於一些實施例中，旋轉端21之第一本體211之直徑係小於第二本體212之直徑，第二本體212之直徑係小於第三本體213之直徑，且第三本體213之直徑係小於第四本體214之直徑，以利於編碼器1及旋轉端21之安裝與組配，然並不以此為限。

綜上所述，本案係提供一種編碼器其適用之可轉動裝置，透過設置軸承、軸承殼體及彈性組件，使得設於主殼體之感測器與設於旋轉端之碼盤組的間距可不受外在因素影響而維持固定，進而獲得良好之位置檢測性能與穩定之訊號。並且，藉由彈性組件允許軸承殼體與固定端的軸向相對位移且限制軸承殼體與固定端同軸心的旋轉運動，以及軸承限制軸承殼體與旋轉端的軸向相對位移且允許軸承殼體與旋轉端同軸心的旋轉運動，並配合主殼體與軸承殼體剛性連接，可穩定地維持感測器與碼盤組之間的間距，且設於主殼體之感測器故障時可輕易透過拆卸殼體以進行維修更換。同時，透過設置包括彈片及阻尼元件之彈性組件，可在不影響軸承殼體之軸向位移下，限制其旋轉自由度，且可減小編碼器之振動，藉此獲得品質良好且穩定之訊號。

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 11：碼盤組 12：軸承 121：軸承內環面 122：軸承外環面 13：軸承殼體 131：第一端部 132：第二端部 14：主殼體 15：感測器 16、16’：彈性組件 161、161’：彈片 1610：通孔 1611、1611’：本體部 1612、1612’：彎折部 1613、1613’：連接部 162、162’：阻尼元件 1620：開口 1621：凸出部 2：可轉動裝置 20：旋轉部 21：旋轉端 211：第一本體 212：第二本體 213：第三本體 214：第四本體 22：固定端 23：編碼器罩蓋 24：底座 25：框體 26：定子部 27：第一承載軸承 28：第二承載軸承 D：間距

第1圖係顯示本案較佳實施例之編碼器及其適用之可轉動裝置之剖面分解結構示意圖。 第2圖係顯示第1圖所示之編碼器及其適用之可轉動裝置之細部結構示意圖。 第3圖係顯示本案較佳實施例之編碼器適用之可轉動裝置之結構示意圖。 第4圖係顯示本案較佳實施例之編碼器及其適用之可轉動裝置之分解結構示意圖。 第5圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之分解結構示意圖。 第6圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之分解結構示意圖。 第7圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之分解結構示意圖。 第8圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之分解結構示意圖。

11：碼盤組 12：軸承 13：軸承殼體 14：主殼體 15：感測器 16：彈性組件 21：旋轉端 22：固定端 D：間距

Claims (16)

1. 一種編碼器，係適用於一可轉動裝置，其中該可轉動裝置係包括一旋轉端及一固定端，該旋轉端係與該固定端相連接，且該編碼器係包括： 一碼盤組，係設置於該旋轉端； 至少一軸承，係環設於該旋轉端，且每一個該軸承具有一軸承內環面及一軸承外環面，該軸承內環面係與該旋轉端相連接； 一軸承殼體，係環設於該軸承，且與該軸承外環面相連接，其中該軸承殼體具有位於相異兩側之一第一端部及一第二端部； 一主殼體，係與該軸承殼體之該第一端部相連接； 一感測器，係設置於該主殼體並對應於該碼盤組，且該感測器與該碼盤組之間具有一間距；以及 一彈性組件，係與該軸承殼體之該第二端部以及該可轉動裝置之該固定端相連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該彈性組件係允許該軸承殼體相對該固定端沿該旋轉端之軸向位移，該彈性組件係限制該軸承殼體與該固定端共軸之旋轉運動，該軸承係限制該軸承殼體相對該旋轉端沿該旋轉端之軸向位移，該軸承係允許該軸承殼體與該旋轉端共軸之旋轉運動，且該主殼體係與該軸承殼體之該第一端部剛性連接，俾使該間距維持固定。
3. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該彈性組件係包括一彈片，該彈片具有一本體部及至少一彎折部，其中該本體部具有一通孔，該旋轉端係穿設於該通孔，每一個該彎折部係自該本體部延伸而出，且係固設於該固定端。
4. 如申請專利範圍第3項所述之編碼器，其中該彈片係具有二個彎折部，且該二個彎折部係分別位於該本體部之相異兩側。
5. 如申請專利範圍第3項所述之編碼器，其中該彈性組件更包括一阻尼元件，且該彈片更具有二個連接部，該二個連接部係自該本體部延伸而出，並與該阻尼元件相連接。
6. 如申請專利範圍第5項所述之編碼器，其中該阻尼元件具有一開口及一凸出部，該凸出部係自該開口之外緣延伸而出，其中該彈片之該二個連接部係固設於該阻尼元件之該凸出部，該凸出部係與該軸承殼體之該第二端部相連接，且該旋轉端係穿設於該通孔及該開口。
7. 如申請專利範圍第5項所述之編碼器，其中該彈片係為一金屬彈片，且該阻尼元件係為一橡膠阻尼元件。
8. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該旋轉端係包括一第一本體、一第二本體及一第三本體，該第一本體係穿設於該碼盤組，該第二本體係穿設於該軸承，且該第三本體係穿設於該彈性組件，其中該第二本體係與該第一本體及該第三本體相連接。
9. 如申請專利範圍第8項所述之編碼器，其中該第一本體之直徑係小於該第二本體之直徑，且該第二本體之直徑係小於該第三本體之直徑。
10. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該至少一軸承之數量為二，且該二個軸承係彼此串聯並設置於該軸承殼體。
11. 一種可轉動裝置，包括： 一固定端； 一旋轉部，具有一旋轉端，該旋轉端係與該固定端相連接；以及 一編碼器，包括： 一碼盤組，係設置於該旋轉端； 至少一軸承，係環設於該旋轉端，且每一個該軸承具有一軸承內環面及一軸承外環面，該軸承內環面係與該旋轉端相連接； 一軸承殼體，係環設於該軸承，且與該軸承外環面相連接，其中該軸承殼體具有位於相異兩側之一第一端部及一第二端部； 一主殼體，係與該軸承殼體之該第一端部相連接； 一感測器，係設置於該主殼體並對應於該碼盤組，且該感測器與該碼盤組之間具有一間距；以及 一彈性組件，係與該軸承殼體之該第二端部以及該固定端相連接。
12. 如申請專利範圍第11項所述之可轉動裝置，其中更包括一編碼器罩蓋，該編碼器罩蓋係與該固定端相連接，且該編碼器係容置於該編碼器罩蓋內。
13. 如申請專利範圍第11項所述之可轉動裝置，更包括： 一底座，其中該旋轉部係穿設於該底座； 一框體，係與該固定端及該底座相連接；以及 一定子部，係設置於該框體且環繞於該旋轉部。
14. 如申請專利範圍第13項所述之可轉動裝置，更包括一第一承載軸承及一第二承載軸承，該第一承載軸承係設置於該固定端且環設於該旋轉端，該第二承載軸承係設置於該底座且環設於該旋轉部。
15. 如申請專利範圍第14項所述之可轉動裝置，其中該旋轉端係包括一第一本體、一第二本體、一第三本體及一第四本體，該第一本體係穿設於該碼盤組，該第二本體係穿設於該軸承，該第三本體係穿設於該彈性組件，且該第四本體係穿設於該第一承載軸承，其中該第二本體係與該第一本體及該第三本體相連接，且該第三本體係與該第四本體相連接。
16. 如申請專利範圍第15項所述之可轉動裝置，其中該第一本體之直徑係小於該第二本體之直徑，該第二本體之直徑係小於該第三本體之直徑，且該第三本體之直徑係小於該第四本體之直徑。

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