无接触型电位计的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种无接触型电位计，其能够小型化，且不仅能够内置旋转角度的检测部件，也能够内置用于处理来自检测部件的检测信号的处理电路，且即使追加新功能，也不需要进行大幅变更即能够应对。本实用新型在支承于机壳的轴的末端部保持磁铁，且在机壳与安装于该机壳的外罩部件之间形成与轴的末端部相面对的密闭的传感器室。在所述外罩部件中的传感器室侧以与轴正交的方式装设电路板，且在该电路板中的传感器室侧的面中与磁铁对置地安装磁性角度检测用的传感器IC。且在外罩部件中的与电路板对置的位置的一部分上形成有凹部，该凹部形成了元件安装准备空间。
【专利说明】无接触型电位计
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种组装到电气设备和工业装置等上用于检测旋转位置的磁性无接触型电位计。
【背景技术】
[0002]以往的作为角度传感器之一的无接触型电位计，例如日本特开2006-242915号公报所示，使固定于轴的圆板状磁铁的形状形成为外周部在周向厚度发生变化的大致圆柱状，且相应于与配置在磁铁的侧方的霍尔元件相对的磁铁的厚度变化而使霍尔元件的输出电压变化，从而检测轴的旋转位置。
[0003]并且，也存在其他结构的电位计，例如日本特开平8-193802号公报所示，在直接或者借助热伸缩部将磁铁安装在轴的末端的同时，以与该磁铁在轴向对置的方式设置一对磁阻元件，与一对磁阻元件相对的磁场的强度相应于伴随轴的旋转的磁铁的旋转位置而发生变化，由此使磁阻元件的电阻值变化，从而由相应于轴的旋转动作的输出电压的变动而求出轴的旋转角度。
[0004]但是，当上述的以往的电位计为日本特开2006-242915号公报所示的结构时，存在这样的难点:需要将与轴一同旋转的磁铁的形状形成为其外周部在周向厚度发生变化的形状，因而由于磁铁的形状特殊而导致制造变得麻烦，且价格高。且存在由于相对于磁铁将霍尔元件配置在磁铁的外周，使得整体装置大型化的问题。
[0005]并且，当上述的以往的电位计为日本特开平8-193802号公报所示的结构时，由于能够将安装在轴的末端的永久磁铁和与之相对配置的两个磁阻元件沿轴的轴线方向配置，因此与日本特开2006-242915号公报的情况不同，整体装置不会变得大径化，且不需要使用特殊形状的永久磁铁，因而能够得到一种小型且价格便宜的电位计。但在日本特开平8-193802号公报所示的结构中，由于呈在设置在机壳内的底面的磁极轭上配置一对磁阻元件，且将其导线端子分别从机壳导出的结构，因此存在这样的问题:只能从电位计得到两磁阻元件的输出信号，因而需要通过外部的处理电路形成相应于轴的旋转角的信号(电压信号)，从而导致外部装置变得复杂化。
[0006]在此，当电位计为日本特开平8-193802号公报所示的结构时，考虑在电位计的机壳内容纳用于连接一对磁阻元件的各端子从而构成信号处理电路的电路板，但在该情况下，由于呈使永久磁铁与磁极轭对置从而在两者间配置一对磁阻元件的结构，因此存在难以确保容纳电路板的容纳空间的难点。此外，存在这样的难点:在对于电位计的输出信号而要求电磁波等噪声对策时，当追加功能要求时，需要伴随电路结构的变更而设计新电路板，因此需要在每次规格变更时均准备多种电位计等，使得生产效率降低。
实用新型内容
[0007]本实用新型鉴于在以往技术中存在的问题点，目的在于提供一种无接触型电位计，该无接触型电位计能够小型化，且不仅能够内置旋转角度的检测部件，也能够内置用于处理检测部件的检测信号的处理电路，且即使在产生追加新功能的需求时，也不需进行大幅度变更即能应对。
[0008]本实用新型的无接触型电位计具有:机壳，其借助轴承而将在末端部保持磁铁的轴支承为能够自由旋转；外罩部件，其相对于该机壳从轴的末端侧来安装，且在与机壳之间形成与轴的末端部相面对的封闭的传感器室；电路板，其以与轴正交的方式装设在该外罩部件的传感器室侧，且在传感器室侧的面中与磁铁对置地安装有磁性角度检测用的传感器IC;以及凹部，其凹设在外罩部件中的与电路板对置的位置的一部分中，且与电路板一同形成部件安装准备空间。
[0009]本实用新型的无接触型电位计，由于呈在支承于机壳的轴的末端部保持有磁铁，从而将其配置在传感器室，且在装设在外罩部件的传感器室侧的电路板上与磁铁对置地安装有传感器IC的结构，因此能够将磁铁与传感器IC沿轴的轴线方向配置，因而不用担心如上述的日本特开2006-242915号公报所述整体装置在轴的径向大型化。并且，由于在外罩部件装设电路板，且也能够将安装在电路板的传感器IC的周边电路等安装于电路板，因此能够输出与轴的旋转角度相应的输出信号。特别是在外罩部件中的与电路板对置的位置设置凹部，从而由于其与电路板相面对，因此能够在与凹部面对的电路板上也安装元件，从而不需变更电路板和机壳或外罩部件等的结构，即能够适当变更与传感器IC相关的电路结构，从而能够应对每次规格变更。
[0010]特别是，本实用新型的无接触型电位计被组装到电气设备和工业装置等中，用于检测旋转位置，特别是由于能够确保传感器室的密闭性，因而也适用于要求防尘和防水的不利作业环境的室外等。
[0011]由以下的本实用新型优选实施方式的详细说明，参照附图，能清楚地理解本实用新型的上述及其他特征、要素、步骤、特点和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]通过参照附图而进行的以下的详细说明能够更好地理解本实用新型。另外，添加的附图用于例示，但并不限定本实用新型。在这些图中，
[0013]图1是示出本实用新型的第一实施方式的无接触型电位计的切断侧视图。
[0014]图2是图1的无接触型电位计的主视图。
[0015]图3是图1的无接触型电位计的电路板中的接线图。
[0016]图4是示出本实用新型的第二实施方式的无接触型电位计的切断侧视图。
[0017]图5是图4的无接触型电位计的主视图。
[0018]图6是示出本实用新型的第三实施方式的无接触型电位计的切断侧视图。
【具体实施方式】
[0019]参照以下附图对本实用新型的实施方式进行说明。
[0020]第一实施方式
[0021]使用图1至图3对本实用新型的第一实施方式所涉及的无接触型电位计进行说明。图1示出沿轴的轴线切断电位计后的状态，图2是电位计的主视图。作为电位计的外壳的机壳10由圆筒状的主体部11以及一体设置在该主体部11的基部外周的凸缘部12构成，且由非磁性的金属材料或者树脂材料构成。主体部11具有作为中腹的轴承保持部11a、内径比轴承保持部Ila的内径稍大的靠基部的密封部lib、以及内径比该密封部Ilb更大且靠末端的传感器部11c。在轴承部Ila的内侧配置由球轴承构成的一对轴承13、14，且使用该轴承13、14将轴15支承为能够自由旋转。位于两轴承13、14的外圈间的环状台阶部Ild以向内径侧突出的方式设置在轴承保持部Ila的内侧。
[0022]轴15由非磁性金属材料构成，以其轴向的大致中间位置为边界而具有靠基部侧的大径部15A和靠末端侧的中径部15B，在中径部15B的末端部外周面形成有外螺纹。该轴15的中径部15B从其末端侧插穿一对轴承13、14的内圈的内侧后，从轴承14导出的中径部15B的末端部在插入环状板簧16以及环状垫片17后，通过在中径部15B的末端部的外螺纹螺合螺母18，使得轴15被支承在主体部11。此时，轴15的大径部15A的中径部15B侧的台阶部与轴承13的内圈的基部侧端面抵接，且由于一对轴承13、14的各自外圈的相互对置的端面与环状台阶部Ild抵接，从而在板簧16与轴承14的内圈端面接触的状态下依靠适度的压紧力而螺合螺母18，从而通过板簧16对一对轴承13、14施加适当的恒定预压。由此，轴15不会振动地支承在主体部11。另外，板簧16、垫片17、螺母18分别由磁性金属材料构成。
[0023]通过上述得知，在轴15的中径部15B中，从轴承14导出的末端部配置在主体部11中的传感器部Ilc内。在该中径部15B的末端部与轴15同心地形成有在末端侧开口的圆形凹部，在该圆形凹部中同心状地埋入圆盘状的磁铁19，例如使用粘结剂固定。该磁铁19例如由钕烧结磁铁构成，且通过沿周向配置呈半圆状地被磁化为两极的磁极而构成。
[0024]主体部11中的传感器部Ilc的末端侧开口被圆形的外罩部件20封闭，从而在传感器部Ilc的内侧形成与轴15的末端部相面对的封闭的传感器室21。在传感器部Ilc的开口端内面与外罩部件20的外周之间沿周向整周填充有粘结剂22，从而提高传感器室21的气密性。在外罩部件20的传感器室21侧、即与轴末端部对置的面，几乎沿其整个面地以与轴15正交的方式安装有两面印刷而成的圆形的电路板23，在电路板23的传感器室21侧的面中的与轴末端部对置的位置、即电路板23的中央部，安装有与磁铁19对置的磁性角度检测用传感器IC24。该传感器IC24例如能够使用Melexis公司制造的MLX90316型号。
[0025]图3示出用于由上述传感器IC24的输出信号得到相应于磁铁19的旋转角度的信号的处理电路，在图中，ZD1、ZD2表示齐纳二极管，C1、C2、C3、C4表示电容器，RU R2表示电阻，且VCC表示电源端子，GND表示接地端子、OUT表示输出端子。并且，构成包括传感器IC24在内的这些处理电路的各种电子元件安装在上述电路板23中的传感器室21侧的表面。
[0026]在上述外罩部件20中的与电路板23对置的位置，在包括外罩部件20的中央部在内的比较大的范围内设置凹部25，从而形成由该凹部25和电路板23封闭的元件安装准备空间26。关于该准备空间26，在追加图3所示的电路以外的、例如用于针对从输出端子OUT输出的输出信号的电磁波对策的保护电路时，当要求特殊的选择电路的情况下，利用该准备空间26，在电路板23上安装元件，从而构成选择电路。
[0027]并且，在外罩部件20中的远离其中央的部位形成有大致方形的导线用导向孔27，通过该导向孔27能够直接从外部将导线连接在电路板23的一部分中。在电路板23中的与导向孔27对应的位置配置图3所示的各端子VCC、OUT、GND，且分别构成通孔，来自外部的三根导线28通过导向孔27并利用通孔而插入在电路板23的各端子中，在电路板23中，各导线28分别通过焊接而连接在安装有传感器IC24的一面侧。在连接该导线28后，在导向孔27中填充有密封部件29，从而实现导线28的保持与传感器室21的气密维持。
[0028]三根导线28穿过保护管内且缠绕在一根扁平电缆30上，且其通过突出设置在外罩部件20的外表面的一对突片31之间而被导向上方，且通过沿轴向形成在主体部11的上侧的槽32而被引导至凸缘部12，且在凸缘部12中，通过被螺纹固定的按压板33而被束缚，从而与机壳10 —体化。
[0029]在机壳10的主体部11中的密封部Ilb的内周面与轴15中的大径部15A的外周面之间，沿轴向并排配置密封该两者的两个油密封件34、35，由此在能够防止来自外部的尘埃等侵入轴承保持部Ila内的同时，与外罩部件20配合而提高传感器室21的密闭度，使得防尘、防水性优异。
[0030]在如上构成的电位计中，轴15的大径部15A中的基部与检测旋转角度的被测定部位连接。且，通过轴15随着被测定部位的旋转而旋转，在轴15的末端的磁铁19也旋转而产生磁场变化，与磁铁19正对的传感器IC24检测该磁场的变化,从而获得相应于轴15的旋转角度的输出信号。
[0031]在上述第一实施方式的电位计中，由于呈以相对于设置在轴15的末端部的磁铁19在轴向对置的方式配置传感器IC24的结构，因此与以往的绕磁铁配置传感器的结构相t匕，装置不会变得大型化，且由于将磁铁19埋入轴15的末端部中，因此具有能够容易地实现整体装置的小型化的效果。并且，在与机壳10 —起构成传感器室21的外罩部件20的大致整面安装电路板23，由于在该一面上安装传感器IC24和各种电路构成元件，因此无需特别准备用于电路板23的空间，因此无需担心装置大型化。
[0032]特别是，由于呈由两面印刷基板构成安装在外罩部件20上的电路板23，且在外罩部件20形成凹部25而确保与电路板23相面对的准备空间26的结构，因此想要提高针对来自传感器的输出信号的电磁波对策等功能时，能够利用该准备空间26来容易地在电路板23追加安装选择电路，能够应对选择而不需结构变更，提高了通用性。此外，通过将电路板23形成为两面印刷基板，因此具有将与导线28的连接处作为通孔，能够提高其连接可靠性的优点。
[0033]2.第二实施方式
[0034]图4以及图5示出本实用新型的第二实施方式的无接触型电位计，图4示出沿轴的轴线切断电位计后的状态，图5为电位计的主视图。在这些图中，与前述的图1以及图2相同的符号表不相同或者相当的结构。
[0035]机壳10由主体部11和凸缘部12构成,但与第一实施方式不同，凸缘部12不设置在主体部11的基部侧，而是一体设置在主体部11的作为中腹的轴承保持部Ila的外周，主体部11比第一实施方式的主体部的径大。轴15由基部侧的大径部15A和末端部侧的中径部15B构成，且中径部15B被配置于主体部11的轴承保持部Ila的一对轴承13、14支承。在被导出至主体部11的传感器部Ilc内的中径部15B的末端部，通过板簧16以及垫片17螺合螺母18，从而轴15在对主体部11施加有恒定预压的状态下被支承为能够自由旋转。在轴15的中径部15B的末端部同心状地形成有圆形凹部，由此圆盘状的磁铁19埋入其中。
[0036]在机壳10的主体部11中的传感器部lie,以封闭其末端开口的方式安装外罩部件20,从而形成密闭在传感器部Ilc内的传感器室21。在外罩部件20的传感器室21侦Ij,以与轴15正交的方式沿外罩部件20的大致全部区域安装圆形的电路板23，在该电路板23中的与磁铁19对置的位置即中央部安装传感器IC24，且在其周围安装构成处理来自传感器IC24的信号的处理电路的各种电子元件。并且，在外罩部件20中的与电路板23对置的位置的一部分(中央部)设置凹部25，从而在与电路板23之间形成有元件安装准备空间26。
[0037]在此，在第二实施方式的电路板23中，存在有两系统的针对传感器IC24的处理电路，且能够两系统地输出相应于轴15的旋转角度的角度信号。并且，如图5所示，在外罩部件20的上部设置两个通向电路板23的导向孔，且通过分别将三根导线28穿过各导向孔而连接在电路板23中，从而能够在外部取出两系统的输出信号。两个导向孔中均填充有密封材料。由外罩部件20导出的两系统的共六根导线28沿设置在主体部11以及凸缘部12的槽而被导出，且在途中被经由螺纹固定的按压板33束缚，从而被引导至外部。
[0038]并且在机壳10的主体部11中的密封部Ilb的内周面与轴15中的大径部15A的外周面之间配置有密封该两者间的油密封件34，从而能够防止外部的尘埃等进入轴承保持部Ila内，且与外罩部件20配合，提高传感器室21的密闭度，因而防尘防水性优异。
[0039]在该第二实施方式中，也与上述第一实施方式一样，由于以相对于设置在轴15的末端部的磁铁19在轴向对置的方式配置传感器IC24，因此与以往的绕磁铁配置传感器的结构相比，装置不会大径化，且在与机壳10 —同构成传感器室21的外罩部件20的大致整面安装电路板23，从而在该面安装传感器IC24和各种电路构成元件，因此无需为了电路板23而特别准备空间，因此不需担心装置大型化。特别是，由于通过两面印刷基板构成安装在外罩部件20的电路板23，且利用形成在外罩部件20的凹部25确保与电路板23面对的准备空间26，因此想要提高针对来自传感器的两系统中的一个或者两个的输出信号的电磁波对策等的功能时，能够利用该准备空间26，能应对选择而不需结构变更，因此通用性得到提闻。
[0040]3.第三实施方式`
[0041]如图6所示，示出将本实用新型的第三实施方式的无接触型电位计沿轴的轴线切断后的状态，且与前面相同的符号表示相同或者相应的结构。
[0042]该第三实施方式所示结构呈比第一实施方式和第二实施方式大型化的结构，且呈在机壳10的主体部11中的传感器部Ilc的外周侧一体设置凸缘部12的结构。并且，构成为在该传感器部Ilc的内周侧能够内置外罩部件20整体，且使外罩部件20的端面与轴承保持部Ila的侧面抵接，从而在该两者间形成传感器室21。当为第一实施方式和第二实施方式的结构时，外罩部件20通过轻压入和粘结而固定于机壳10的主体部11，而在该第三实施方式中，通过螺栓固定而将外罩部件20固定于主体部11。此时，在轴承保持部Ila的侧面中的与外罩部件20接合的位置，在以轴心为中心的同一圆周上形成有凹槽36，在将〇形环嵌入其内后安装外罩部件20，从而两者的接合位置被密封，因而提高了传感器室21的密闭性。
[0043]在该第三实施方式中，也与第一实施方式和第二实施方式相同，将磁铁19埋入与传感器室21面对的轴15的末端部，并且，在安装于外罩部件20的两面印刷的电路板23中的传感器室21侧的面，在与磁铁19对置的位置配置传感器IC24，且绕其周围安装构成处理回路的各种元件。此外，在外罩部件20中的电路板23侧形成凹部25，且与电路板23配合设置元件安装准备空间26。
[0044]以上，对本实用新型的实施方式进行了说明，但本实用新型并不限于这些实施方式，只要在不超出本实用新型的要旨的范围内，即可进行各种变更。
【权利要求】
1.一种无接触型电位计， 其具有与轴一体旋转的磁铁，且根据伴随该磁铁的旋转产生的磁场变化检测所述轴的旋转角度， 所述无接触型电位计的特征在于，其具有: 机壳，其通过轴承将在末端部保持所述磁铁的所述轴支承为能够自由旋转； 外罩部件，其相对于该机壳从所述轴的末端侧安装且在与所述机壳之间形成与所述轴的末端部相面对的密闭的传感器室； 电路板，其以与所述轴正交的方式装设在该外罩部件的所述传感器室侧，且在该传感器室侧的面中以与所述磁铁对置的方式安装有磁性角度检测用的传感器集成电路；以及 凹部，其凹设在所述外罩部件中的与所述电路板对置的位置的一部分中，且与该电路板一起形成元件安装准备空间。
2.根据权利要求1所述的无接触型电位计，其特征在于， 在所述外罩部件形成有用来将来自外部的导线导向所述电路板的开口，且在将所述导线连接在所述电路板之后，在该开口中填充密封部件。
3.根据权利要求1所述的无接触型电位计，其特征在于， 在所述轴的末端部同心设置有在末端开口的圆形凹部，所述磁铁形成为具有与所述圆形凹部的内径大致相等的外径的圆盘状，且该磁铁埋入所述圆形凹部中。
4.根据权利要求3所述的无接触型电位计，其特征在于， 所述磁铁是将两个不同的磁极分别形成为半圆状而构成的。
5.根据权利要求3所述的无接触型电位计，其特征在于， 所述电路板上的所述传感器集成电路配置在所述旋转轴的轴心的延长线上。
6.根据权利要求1所述的无接触型电位计，其特征在于， 在所述电路板中的所述传感器室侧的面，与所述传感器集成电路一起安装有各种电子元件的一部分或者全部，所述各种电子元件构成用于将由该传感器集成电路获得的信号作为角度信号来输出的输出处理电路。
7.根据权利要求1所述的无接触型电位计，其特征在于， 所述电路板由两面印刷基板构成，且在该电路板中的所述元件安装准备空间的位置也安装有元件。
8.根据权利要求1所述的无接触型电位计，其特征在于， 在所述轴中的比所述轴承靠基部侧的周面与所述机壳之间，存在有密封装置。
【文档编号】G01D5/12GK203443595SQ201320475533
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2012年9月14日
【发明者】堀口昌宏, 山野井胜 申请人:日本电产伺服有限公司