旋转编码器的制作方法

1.本发明涉及一种对马达的旋转速度等进行检测的旋转编码器。


背景技术：

2.为了对马达等的旋转状态(旋转速度、旋转角度、旋转位置等)进行检测而使用磁编码器、光学式编码器等旋转编码器。在对中空马达的中空轴等的旋转状态进行检测的情况下，利用形成于中空轴与包围该中空轴的壳体之间的圆环状空间而作为旋转编码器的基板、布线电缆等构成部件的设置空间。
3.图3是表示该情况下的旋转编码器的编码器基板等的配置状态的说明图。如该图所示，在形成于中空旋转轴101与圆筒状的壳体102之间的圆环状空间103以包围中空旋转轴101外周的状态配置有分割成多个的编码器基板111～114。编码器基板111～114包括如下部件等：检测元件安装基板，其安装有磁检测元件等检测元件；信号处理基板，其安装有根据来自检测元件的检测信号而生成相位不同的编码器信号的信号处理用模块；以及接口基板，其安装有与外部之间进行信号的收发的接口电路。来自外部的供电用布线电缆、信号收发用的布线电缆等与上述编码器基板111～114连接。例如，相邻的编码器基板111、112之间由布线电缆121连接。在圆周方向上分离的编码器基板111、114之间由布线电缆122连接。供电用布线电缆123从壳体102的外侧引入，编码器输出信号的输出用布线电缆124向壳体外部引出。
4.专利文献1中提出了安装于马达而使用的磁式绝对编码器。关于此处所记载的磁式绝对编码器，以包围2极磁铁及多极磁铁的方式而将安装有多个磁检测元件的一张柔性印刷布线基板(编码器基板)配置成环状。由此，能够省略安装有磁检测元件的多个编码器基板的组装作业，能够简单地进行各磁检测元件的定位作业、从各编码器基板引出的布线的接线作业。专利文献2中提出了如下旋转检测装置：其适合组装于中空致动器等的狭窄的圆环状的间隙。该旋转检测装置采用在圆周方向上将多个刚性基板连结的结构。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：国际公开第2011/061794号公报
8.专利文献2：国际公开第2017/212654号公报


技术实现要素：

9.图3所示那样的现有的具备编码器基板和布线的旋转编码器存在下述课题。第1，在作为设置空间的圆环状空间较窄的情况下，在编码器基板的附近对基板间布线用的电缆进行迂回布设。需要在狭窄的圆环状空间中确保电缆布设用的空间。另外，基板间布线用的电缆的连接作业会花费时间精力。另外，还有可能发生经由相对于基板迂回布设的布线用电缆而传输的信号的品质劣化。
10.第2，当在半径方向的宽度较窄的圆环状空间内对编码器基板之间进行布线连接
的情况下，难以确保用于将布线用电缆向半径方向的外侧或内侧引出的空间，从而在圆周方向上引出布线用电缆。在该情况下，电缆连接器以朝向圆周方向的状态安装于基板。为了在相邻的基板之间确保用于配置电缆连接器及布线电缆的空间，需要将相邻的基板分离地配置。另外，如果相邻的基板之间的间隙较窄，则布线作业需要使用特殊的夹具。因而，狭窄的圆环状空间的利用效率较差。
11.第3，在将共通的编码器基板组装于尺寸不同的马达的情况下，需要针对每种马达的尺寸而改变基板间布线用的电缆的长度。无法实现电缆的共通化/统一化，从而导致基板共通化的成本优势下降。
12.另一方面，关于专利文献1所记载的磁气式绝对编码器，使用针对每种组装对象的马达的尺寸而专门设计的单一的柔性印刷布线基板(编码器基板)。不需要布线用电缆的布设，基板间布线用的电缆的布设、接线作业也变得简单。然而，存在如下课题：在用于尺寸不同的马达的情况下，无法实现编码器基板的共通化。
13.专利文献2所记载的旋转检测装置使用将多个刚性基板呈圆环状地连结而构成的编码器基板，适合组装于狭窄的环状空间。但是，并未考虑从各刚性基板引出的布线的布设、处于分离位置的刚性基板之间的布线、接线等。
14.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种旋转编码器，其适合组装于狭窄的圆环状空间，基板间布线用的电缆的布设、接线作业较为简单，还能够共通地用于不同尺寸的马达。
15.为了解决上述课题，本发明的旋转编码器具有：编码器电路基板，其具备多个安装基板；印刷布线基板，其形成为圆环状；以及基板间布线用电缆，其将印刷布线基板与各个安装基板之间连接。安装基板沿着印刷布线基板在圆周方向上排列于与印刷布线基板在半径方向的外侧或内侧相邻的位置、或者与印刷布线基板在中心轴线的方向上相邻的位置。基板间布线用电缆沿着半径方向或中心轴线的方向架设于印刷布线基板与各个安装基板之间。印刷布线基板具备：用于对各个安装基板供电的布线图案；以及用于在至少2个安装基板之间传输信号的布线图案。
16.关于本发明的旋转编码器，借助形成为圆环状的印刷布线基板而将各安装基板之间连接。用于对各安装基板供电的布线图案印刷于印刷布线基板。从外部供给的电力经由印刷布线基板的供电用的布线图案而分配至各安装基板。无需在沿圆周方向排列的安装基板的附近对与多个安装基板对应的数量的供电用的布线电缆进行迂回布设。另外，将安装基板之间连接的信号传输用的布线图案印刷于印刷布线基板。无需对用于将处于在圆周方向上分离的位置的安装基板之间连接的布线电缆进行布设。因而，不需要供电用的布线电缆、信号传输用的布线电缆的设置空间及设置作业。
17.另外，各安装基板与印刷布线基板之间借助沿半径方向或中心轴线的方向架设于它们之间的基板间布线用电缆而连接。无需将相邻的安装基板之间的间隙在圆周方向上扩大而确保布线用的空间。另外，无需在圆周方向上对较长的布线用电缆进行布设，所以，还能够抑制被传输的信号的品质劣化。
18.此外，容易使安装基板、印刷布线基板及基板间布线用电缆在不同尺寸的马达所使用的旋转编码器之间实现共通化。
19.在此，优选地，将安装基板配置于圆环状的印刷布线基板的半径方向的外侧。通过
将印刷布线基板配置于安装基板的内侧，能够减小外径尺寸，从而能够缩短其周长。由此，能够缩短为了将安装基板之间连结而在印刷布线基板上沿圆周方向延伸的布线图案的长度。
20.本发明的旋转编码器适合组装于圆环状空间。圆环状空间形成于中空旋转轴、与将该中空旋转轴包围的编码器壳体之间。
21.在将本发明的旋转编码器组装于马达、或具备马达及减速器的致动器的情况下，能够将该旋转编码器直接组装于马达轴与马达壳体之间的圆环状空间、或减速器输出轴与减速器壳体之间的圆环状空间。
附图说明
22.图1(a)是表示具备应用了本发明的旋转编码器的中空马达的示意图，图1(b)是示出旋转编码器的安装基板等的排列状态的说明图。
23.图2是示出图1的旋转编码器的作用效果的说明图。
24.图3是示出现有的旋转编码器的基板排列状态的说明图。
具体实施方式
25.以下，参照附图对具备本发明的实施方式所涉及的旋转编码器的中空马达进行说明。
26.图1(a)是示出中空马达的示意图，图1(b)是示出旋转编码器的编码器基板等的排列状态的说明图。中空马达1具备圆筒状的马达壳体2，在马达壳体2的内部配置有以将其中心贯通的方式延伸的中空马达轴3。中空马达轴3在中心轴线1a的方向的前后部分借助轴承由马达壳体2支承为旋转自如的状态。在中空马达轴3安装有马达转子(未图示)，马达定子(未图示)以呈同心状地包围该马达转子的状态安装于马达壳体2侧。
27.在马达壳体2的后端安装有旋转编码器10。旋转编码器10具备：中空旋转轴11，其一体形成于中空马达轴3的轴端部；以及杯形的编码器壳体12，其包围中空旋转轴11。由中空马达轴3及中空旋转轴11形成圆形中空部14，该圆形中空部14以将马达中心部分在中心轴线1a的方向上贯通的方式延伸。另外，在旋转编码器10且在中空旋转轴11与编码器壳体12的圆筒部分12a之间形成有圆环状空间15。旋转编码器10的构成部件组装于圆环状空间15内。
28.此外，具备本发明的旋转编码器的致动器例如像图1(a)中的虚拟线所示那样形成为如下结构：在中空马达1的前段组装有减速器90。减速器90例如使用波动齿轮减速器。在中空致动器的情况下，作为减速器90而使用具备以将中心贯通的方式延伸的中空部91的中空减速器。由中空部91与中空马达1的圆形中空部14形成以将致动器中心贯通的方式延伸的致动器中空部。
29.关于中空马达1，旋转编码器10例如是具备磁编码器部20和光学式编码器部30的绝对编码器。磁编码器部20具备：同轴地固定于中空旋转轴11的2极磁化磁环21；以及安装于编码器壳体12侧的安装基板22(mt基板)。在安装基板22安装有霍尔元件等磁传感器以外的电子部件。光学式编码器部30具备：同轴地安装于中空旋转轴11的狭缝圆板31；以及安装于编码器壳体12侧的安装基板32(st基板)。在安装基板32安装有发光元件、受光元件、它们
的控制电路部件等。
30.另外，旋转编码器10具备：安装基板41，其安装有构成信号处理电路等的电子部件等，该信号处理电路对从磁编码器部20、光学式编码器部30获得的检测信号进行处理；以及安装基板42，其安装有构成接口电路等的电子部件等，该接口电路与外部之间进行信号的收发。
31.此外，旋转编码器10具备：印刷布线基板50，其印刷有用于将安装基板22、32、41、42之间连接的布线图案，并形成为圆环状；4个基板间布线用电缆60，它们将印刷布线基板50与各个安装基板22、32、41、42之间连接；以及端子部70，其与从外部引入的电源供给用的供电用布线电缆71及编码器信号输出用的布线电缆72连接。在形成为圆环状的印刷布线基板50安装有：用于将从外部供给的电力分配至各安装基板22、32、41、42的供电用布线图案；以及在各安装基板22、32、41、42之间进行信号的收发的信号传输用布线图案。
32.形成为圆环状的印刷布线基板50配置为同轴地包围中空旋转轴11的状态。安装基板22、32、41、42是适合排列于圆环状空间15且形成为圆弧状的基板，并且在印刷布线基板50的外周侧沿着圆周方向以规定的间隔排列。4个安装基板22、32、41、42及1个印刷布线基板50安装于在编码器壳体12安装的基板支承件80。
33.在印刷布线基板50且是在与各安装基板22、32、41、42对置的部位，分别以朝向半径方向的外侧的状态安装有电缆连接器61。在各安装基板22、32、41、42以朝向半径方向的内侧的状态安装有电缆连接器62。基板间布线用电缆60沿着半径方向架设于印刷布线基板50的电缆连接器61、与各安装基板22、32、41、42的电缆连接器62之间。
34.此外，关于本例的旋转编码器10，基于磁编码器部20及光学式编码器部30的检测信号而分别生成a相信号及b相信号。基于上述编码器信号而计算中空马达轴3的旋转1周内的绝对旋转位置、以及从该中空马达轴3的原点位置开始的转速等。
35.本例的旋转编码器10在圆环状空间15内具备：多个(4个)安装基板22、32、41、42，它们沿圆周方向排列；圆环状的印刷布线基板50，其配置于上述安装基板22、32、41、42的半径方向的内侧；以及4个基板间布线用电缆60，它们将各安装基板22、32、41、42与印刷布线基板50之间连结。与图3所示的现有的情况不同，无需沿圆周方向布设用于将安装基板22、32、41、42连接的布线用电缆，各安装基板之间经由圆环状的印刷布线基板50而电连接。
36.例如，从外部供给的电力经由印刷布线基板50而分配至各安装基板22、32、41、42。无需用于向安装基板供给电力等的布线用电缆及其设置空间。在狭窄的圆环状空间15配置的多个分割基板之间的接线作业变得容易，能够抑制经由较长的布线电缆而传输的信号的品质劣化。
37.另外，无需在相邻的安装基板22、32、41、42之间确保用于配置电缆连接器、布线电缆等的空间。无需扩大相邻的分割基板之间的间隙，所以，能够有效地灵活运用狭窄的圆环状空间15。
38.此外，各安装基板22、32、41、42从半径方向的外侧与圆环状的印刷布线基板50进行布线连接。只要从半径方向相对于印刷布线基板、分割基板对电缆连接器进行拆装即可，所以，其拆装也容易。
39.接下来，在图3所示的现有结构的旋转编码器的情况下，需要针对每种马达的尺寸而专门设计布线电缆长度。另外，在适用于小尺寸的马达的情况下，需要注意电缆连接器的
安装区域而进行设计，所以，设计自由度降低。另一方面，大尺寸的马达因电缆长度较长而导致信号的品质劣化的风险升高。与此相对，本例的旋转编码器10能够与马达的尺寸无关地使部件(分割基板、印刷布线基板、基板间布线用电缆)共通化，从而具有生产管理变得容易这样的优点。
40.图2是示出旋转编码器10组装于具备直径比图1的情况大的圆环状空间15a的尺寸较大的中空马达的情况的一例的说明图。能够保持原样地使用安装基板22、32、41、42、印刷布线基板50、基板间布线用电缆60。即便在适用于大尺寸的马达的情况下，也能够最小限度地抑制布线电缆的长度，从而能够良好地保持信号品质。例如，在使用布线用电缆而将安装基板42、32之间连接的情况下，如图2中单点划线所示那样会导致布线长度变长。在本例中，如虚线所示那样将基板之间借助圆环状的印刷布线基板50而连接，所以能够大幅缩短布线长度。
41.(其他实施方式)
42.以上对具备应用了本发明的旋转编码器的中空马达进行了说明，但是，本发明的旋转编码器当然也能够同样应用于具备中空马达和中空波动齿轮装置等中空型齿轮式减速器的中空致动器。
43.另外，上述旋转编码器10具备4个安装基板而作为编码器基板。安装基板的个数并不限定于4个。另外，各安装基板的形状并不限定于圆弧形。
44.此外，在上述例子中，将圆环状的印刷布线基板相对于安装基板而配置于半径方向的内侧。还可以将印刷布线基板相对于安装基板而配置于半径方向的外侧。另外，还可以将印刷布线基板配置于安装基板的侧方位置、即相对于安装基板在编码器中心轴线的方向上相邻的位置。