CN111756188A - 马达以及位置跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达以及位置跟踪系统。马达具有：静止部，所述静止部具有定子；旋转部，所述旋转部配置于轴中心并被所述静止部支承为能够旋转；由金属制成的支承部，所述支承部保持所述旋转部的轴承机构；以及电路板，所述电路板配置于所述支承部的下表面侧。所述支承部与所述电路板的接地电位部电连接，该电连接的部位位于该电路板的电源输入部附近。

Description

马达以及位置跟踪系统

技术领域

本发明涉及例如采用了机电一体型结构的马达。

背景技术

对于在激光打印机、复印机等办公设备、驱动记录有影像/音乐数据等的盘的盘驱动装置等或位置跟踪系统中使用的马达，要求旋转不均较低、准确并且稳定的旋转性能。

虽然在这些设备中大多使用无刷马达，但是为了搭载有马达的装置的小型化等，采用了使马达主体与驱动电路板一体化的机电一体型马达。

在日本公开公报特开2013-13206号公报中公开了例如与在用于将马达安装于盘驱动装置的安装板的上表面固定电路板时的固定结构相关的技术。在日本公开公报特开2013-13206号公报中，利用铆接来固定马达的安装板和电路板，降低电路板上的接地图案与铆接部之间的接触电阻来确保稳定的电导通。

根据日本公开公报特开2013-13206号公报的结构，通过铆接部将电路板固定在安装板上，并且借助铆接部使电路板的接地图案与安装板电导通，但是电接地基准浮动。因此，例如可以设想因来自电源的噪声绕进电路板侧而引起马达的旋转不均。

由此，在日本公开公报特开2013-13206号公报所公开的结构中，在机电一体型马达中很难获得稳定且高精度的旋转，存在很难抑制和降低旋转不均的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供确保马达的驱动用电路板与保持马达的轴承机构的支承部之间的机械连接强度以及电连接的机电一体型马达。

作为实现上述目的且解决上述问题的一种手段，具有以下结构。即，本发明的例示性的实施方式是马达，所述马达具有：静止部，所述静止部具有定子；旋转部，所述旋转部配置于轴中心，并被所述静止部支承为能够旋转；由金属制成的支承部，所述支承部保持所述旋转部的轴承机构；以及电路板，所述电路板配置于所述支承部的下表面侧。所述支承部与所述电路板的接地电位部电连接，该电连接的部位位于该电路板的电源输入部附近。

在本发明的例示性的实施方式中，一种位置跟踪系统，其在假想空间内追踪对象物的位置，具有：激光源；使用上述的马达，使来自所述激光源的激光在规定空间内旋转的构件；以及根据来自所述对象物的反射激光而至少检测该对象物的位置和移动的构件。

根据本发明的例示性的实施方式，通过在马达驱动电路板的驱动电力供给路径的附近设置电路接地的基准电位，能够使接地稳定化，并抑制成为马达的旋转不均的电因素。

而且，通过在位置跟踪系统中使用上述的马达，提高马达的旋转精度的同时，还提高激光的旋转精度，因此能够可靠地检测虚拟现实(VR)中的对象物(game p rayer)的位置坐标及移动。

有以下的本发明优选实施方式的详细说明，参照附图，可以更清楚地理解本发明的上述及其他特征、要素、步骤、特点和优点。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式所涉及的马达的结构的纵剖视图。

图2是示出实施方式所涉及的马达的轴承保持架支承体与电路板之间的连接结构的剖视图。

图3是从电路板侧观察插入贯通贯通孔的铆钉时的局部放大图。

图4是示出隔着衬垫而连接轴承保持架支承体和电路板的例的图。

图5是示出铆钉的配置位置的图。

图6是示出铆钉的其他配置位置的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是示出本发明的实施方式所涉及的马达的结构的纵剖视图。图1所示的马达1是机电一体型马达，具有：马达部10，所述马达部10由作为固定组装体的静止部2和作为旋转组装体的旋转部3构成，所述旋转部3以中心轴线9为中心配置并被静止部2支承为能够旋转；由金属制成的轴承保持架支承体20，所述轴承保持架支承体20保持旋转部3的轴承机构；以及电路板30，所述电路板30配置于轴承保持架支承体20的下表面侧。

马达1是外转子型马达。在轴承保持架支承体20与电路板30之间配置有用于实现两者的电绝缘的绝缘体40。并且，在俯视观察时，轴承保持架支承体20和电路板30的外形形状和面积大致相同。另外，关于面积，也可以采用不同的结构。

在电路板30的与轴承保持架支承体20相反一侧的面33例如安装有控制用微处理器、马达驱动用的半导体开关元件(FET)、马达驱动电源用的电容器、控制用电源元件、控制电源用电容器以及电流传感器等各种传感器。

这样，通过在轴承保持架支承体20的下表面侧配置有电路板30，关于上述的电子部件等的配置，在不影响马达部10的情况下，提高在电路板30上的设计的自由度。

马达部10具有流体动压轴承机构，在轴11的径向外侧隔着填充有润滑油等流体的微小间隙而配置有套筒12。在套筒12的内侧面12a设置有在与轴11的外侧面11a之间产生流体动压的多个动压槽部。

由此，旋转部3被支承为隔着润滑油而能够以马达部10的中心轴线9为中心相对于静止部2旋转。通过在马达旋转部的轴承机构中采用流体动压发生机构，尤其在高速旋转中能够获得稳定的旋转性能。

在轴11的下侧配置有帽部13。轴11被这些两个套筒12和帽部13支承为能够旋转。并且，在轴11的上侧端部固定有转子毂14。因而，轴11和转子毂14一同旋转。

而且，在轴11的下侧端部固定有环状部件15。轴11和环状部件15可以是分体部件，也可以是单一部件。环状部件15的轴向的上表面15a隔着微小间隙而与套筒12的下表面12b相对。并且，环状部件15的轴向的下表面15b隔着微小间隙而与帽部13的上表面13a相对。

在环状部件15的上表面15a以及套筒12的下表面12b中的一方设置有动压槽列。并且，在环状部件15的下表面15b以及帽部13的上表面13a中的一方也设置有动压槽列。

静止部2具有多个线圈31和定子铁芯32。多个线圈31卷绕于齿，以旋转轴线9为中心呈环状配置。转子磁铁24固定于外侧圆筒部(转子毂)21的内侧。转子磁铁24在径向上与静止部2相对，在静止部2与转子磁铁24之间产生扭矩。

图2是示出本实施方式所涉及的机电一体马达中的轴承保持架支承体与电路板之间的连接结构的剖视图。如图2所示，使轴承保持架支承体20与电路板30的平面部彼此相对配置，将铆钉45插入贯通到预先设置于轴承保持架支承体20的规定位置的贯通孔20a和设置于电路板30的规定位置的贯通孔30a。

图3是将插入贯通电路板30的贯通孔30a等的铆钉45从图2的箭头A所示的方向观察时的局部放大图。如图3所示，在电路板30的贯通孔30a的周缘部设置有与电路板的基准地线连接的例如由铜箔等制成的焊盘(land)47。

在此，如图2所示，将插入贯通后的铆钉45的与头部相反一侧的端部46以覆盖焊盘47的方式进行铆接或焊接在焊盘47上。由此，确保电路板30与轴承保持架支承体20之间的机械连接，同时确保电路板30的接地基准与轴承保持架支承体20被电连接。

通过在贯通孔30a的周缘部设置有焊盘47，铆钉45的端部的铆接、焊接变得容易，能够可靠地确保接地基准电位。

另外，关于铆钉45的插入方向，可以使铆钉45的头部位于轴承保持架支承体20侧，且在电路板30侧铆接端部，与此相反，也可以使铆钉45的头部位于电路板30侧，且在轴承保持架支承体20侧铆接端部。

在图2所示的例中，在轴承保持架支承体20与电路板30之间安插绝缘体40来实现它们的电绝缘，但是绝缘结构并不限定于此。例如，如图4所示，也可以在轴承保持架支承体20与电路板30之间配置为了插入贯通铆钉45而具有与铆钉45的主体部直径相同直径的孔的衬垫51，并通过由衬垫51形成的空间(空气层)在轴承保持架支承体20与电路板30之间确保绝缘。

通过由衬垫51形成空气层，不使用特别的绝缘材料，而是通过简便且廉价的方法就能够在轴承保持架支承体20与电路板30之间确保电绝缘。

另外，作为绝缘体40，例如使用片状绝缘体，由此能够在轴承保持架支承体20和电路板30的平面方向上以较宽的面积确保绝缘。

接着，对上述的铆钉的配置位置进行说明。在此，为了在机电一体马达中设置基准电位，研究了铆钉的最佳配置位置。图5以及图6是铆钉的配置位置的一例，是俯视观察电路板30的背面(与马达相反侧)的概略图。

图5是在向电路板30输入电源的电源输入部55的附近配置有铆钉45a的例。在图5所示的例中，作为电源输入部55的附近的铆钉45a的配置位置，通过与电路的电源地线和信号地线单点接地的部位一致，能够确保与单点接地相同的电位的稳定的基准电位。

另外，通过靠近电源输入部55中的负端子侧而配置铆钉45a，能够获得更加稳定的基准电位，排除马达的旋转不均。

而且，如图5所示，也可以在隔着半导体开关元件(FET)等功率元件53的位置处与铆钉45a一同配置铆钉45b。这是为了，通过在大电流流过而有可能成为噪声发生源的功率元件附近设置接地基准电位，来排除产生马达的旋转不均的电因素。

并且，也可以在电路板30的对角线56上且距离中心轴线9大致等距离的位置处配置铆钉45a和铆钉45c。通过这样的配置，除了能够获得稳定的接地基准，还使电路板30和轴承保持架支承体20之间的机械连接稳定化。

并且，如图6所示，除了铆钉45a之外，还可以在由微处理器构成的控制部(CP U)、运算放大器等控制元件54的附近配置铆钉45d。由此，能够抑制有可能成为噪声的高频的控制信号。

铆钉的配置数量并不限定于上述的例，只要不影响电路板30上的部件配置，不干扰部件配置，则例如也可以在中心轴线9的周边的多个部位，在相对的位置处配置三个以上的铆钉。

这样，通过用多个铆钉在多个部位设置接地基准，能够确保更加稳定的基准电位。并且，通过用铆钉固定相同面积的轴承保持架支承体20和电路板30的多个部位，能够确保彼此之间的更加牢固的机械连接强度。

另外，实现轴承保持架支承体20与电路板30之间的电连接的手段并不限定于上述的铆钉。例如，省略图示，也可以在轴承保持架支承体20的规定位置处设置具有贯通电路板30的长度的突起部，使其突起部插入贯通预先设置在电路板30的规定位置处的贯通孔之后，铆接或焊接突起部的端部。

由此，与上述的通过铆钉的连接同样地，能够在多个部位设置接地基准。即，能够通过利用设置于轴承保持架支承体的突起部而与电路板连接这样的简单并且廉价的结构将支承部与电路板机械且牢固地连接起来，同时能够确保稳定的基准电位。

作为上述的本实施方式所涉及的马达的适用对象，例如设想有在假想空间内追踪对象物的位置等的位置跟踪系统。在位置跟踪系统中使用本实施方式所涉及的马达，能够实现使来自激光源的激光在规定空间内旋转并根据来自对象物的反射激光来至少检测对象物的位置及移动的结构。

在位置跟踪系统中，由于检测对象物的位置传感器的更新周期依赖于马达的转速，因此将马达的旋转精度维持为较高的精度成为重要的因素。由此，通过在位置跟踪系统中使用本实施方式的马达，提高马达的旋转精度的同时，还提高激光的旋转精度，因此能够可靠地检测虚拟现实(VR)中的对象物(game prayer)的位置坐标及移动。

对在上述的位置跟踪系统中使用的本实施方式所涉及的马达的评价结果进行说明。在此，在取如下结构的测量系统中，在以下三个条件下测量旋转不均，该结构是将组装于旋转不均测量装置的位置跟踪系统的控制部作为马达的负载装置的结构。

条件A：使马达的轴承保持架支承体、旋转不均测量装置框体以及负载装置的基板地线短路

条件B：使马达的轴承保持架支承体、旋转不均测量装置框体、负载装置的基板地线以及马达驱动电路地线短路

条件C：使马达的轴承保持架支承体均从旋转不均测量装置框体、负载装置的基板地线以及马达驱动电路地线开放。

上述测量的结果确认到，旋转不均的数值成为条件C＞条件A＞条件B，条件B的数值最低。例如，条件B与条件C相比旋转不均为1/3。由此可以认为，通过将基板地线与轴承保持架支承体电连接且设成相同电位，提高了对马达的旋转不均有影响的信号的检测精度，其结果是，降低了旋转不均的值。

如以上说明，使铆钉45插入贯通到贯通孔20a以及贯通孔30a，所述贯通孔20a设置于保持旋转部3的轴承机构的由金属制成的轴承保持架支承体20的规定位置处，所述旋转部3被机电一体型马达1的静止部2支承为能够旋转，所述贯通孔30a设置于电路板30的规定位置处，所述电路板30配置于轴承保持架支承体20的下表面侧。并且，将插入贯通后的铆钉45的头部和与该头部相反一侧的端部46以覆盖与电路板30的基准地线连接的焊盘47的方式进行铆接或焊接在焊盘47上。

通过这样，电路板30的接地基准与轴承保持架支承体20在电路板30的电源输入部附近电连接。即，通过将马达驱动电路板的接地和轴承保持架支承体设成电性相同的接地电位，使基准电位稳定化，降低马达的旋转不均。

由此，通过在马达驱动电力的供给路径附近设置接地基准电位来排除成为马达的旋转不均的噪声等电因素，在将马达例如使用于依赖于马达转速的传感检测结构的情况下，提高传感器信号的检测精度。

并且，通过将铆钉使用于马达的驱动电路板与轴承保持架支承体的连接，无需通过作业性存在问题的粘接剂进行连接，而是能够通过铆钉确保导电性，并且维持牢固的机械连接。

Claims (16)

1.一种马达，其具有：

静止部，所述静止部具有定子；

旋转部，所述旋转部配置于轴中心，并被所述静止部支承为能够旋转；

由金属制成的支承部，所述支承部保持所述旋转部的轴承机构；以及

电路板，所述电路板配置于所述支承部的下表面侧，

所述马达的特征在于，

所述支承部与所述电路板的接地电位部电连接，该电连接的部位位于该电路板的电源输入部附近。

2.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

所述电连接的部位位于所述电源输入部中的负端子侧。

3.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

在隔着被安装于所述电路板的功率元件的位置处配置有所述电连接的部位。

4.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

在所述电路板的对角线上的多个部位设置有所述电连接的部位。

5.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

在所述电路板中的在所述轴中心的周边的多个部位，在相对的位置处设置有所述电连接的部位。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的马达，其特征在于，

所述电连接的部位具有设置于所述支承部和所述电路板的贯通孔，插入贯通该贯通孔的铆钉的一个端部具有铆接部或焊接部。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的马达，其特征在于，

所述电连接的部位具有设置于所述电路板的贯通孔以及设置于所述支承部的突起部，插入贯通了该贯通孔的所述突起部的端部具有铆接部或焊接部。

8.根据权利要求6或7所述的马达，其特征在于，

所述接地电位部是设置于所述贯通孔的周缘部的焊盘，该焊盘与所述电路板的接地图案连接。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的马达，其特征在于，

在所述接地电位部，所述电路板的电源地线和信号地线单点接地。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的马达，其特征在于，

所述支承部和所述电路板在厚度方向上相对，并且隔着电绝缘部而彼此连接。

11.根据权利要求10所述的马达，其特征在于，

所述绝缘部由规定厚度的绝缘片构成。

12.根据权利要求10所述的马达，其特征在于，

所述绝缘部由空气层构成。

13.根据权利要求12所述的马达，其特征在于，

将所述支承部和所述电路板通过规定长度的衬垫进行分离来形成所述空气层。

14.根据权利要求1至13中任意一项所述的马达，其特征在于，

在俯视观察时，所述支承部和所述电路板的面积相同。

15.根据权利要求1至14中任意一项所述的马达，其特征在于，

所述旋转部的轴承机构具有流体动压发生机构。

16.一种位置跟踪系统，其在假想空间内追踪对象物的位置等，所述位置跟踪系统的特征在于，具有：

激光源；

使用权利要求1至15中任意一项所述的马达，使来自所述激光源的激光在规定空间内旋转的构件；以及

根据来自所述对象物的反射激光而至少检测该对象物的位置和移动的构件。

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