轉子位置檢測裝置以及旋轉閥的製作方法

2023-05-02 06:33:36

本發明涉及具有輸入口和多個輸出口、並通過轉子的位置來切換與輸入口連接的輸出口的旋轉閥,和適用於該旋轉閥的轉子位置檢測裝置。

背景技術：

旋轉閥構成為具有輸入口和多個輸出口，並通過控制轉子(旋轉閥芯)的位置(旋轉位置)來切換與輸入口連接的輸出口。轉子的位置控制通常使用編碼器來進行(例如，參照專利文獻1。)。

用於進行轉子的位置控制的編碼器具有：與轉子聯動地旋轉，並在周緣部均等地設有多個狹縫的圓板型的編碼器板；和對編碼器板的狹縫進行檢測的傳感器。編碼器板旋轉時，與編碼器的位移對應數量的狹縫被傳感器檢測。因此，通過對傳感器檢測的狹縫數量進行計數，能夠進行轉子的位移探測或轉子的定位。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1日本特開平10-252938號公報

專利文獻2日本特開2004-125812號公報

技術實現要素：

發明要解決的技術問題

轉子的位置通過從作為轉子的位移的基準位置的原位置開始的編碼器的計數進行相對地檢測。但是，相對地檢測轉子的位置的方法中，發生原位置的誤檢或計數錯誤的話，會產生不能正確進行轉子的定位以及位置檢測的問題。

考慮使用絕對位置檢測用的絕對型編碼器(例如，參照專利文獻2。)，在編碼器板設置絕對位置檢測用的模式，通過由光學的傳感器讀取該模式，檢測編碼器板的絕對位置。但是，相關的絕對型編碼器價格較高，造成旋轉閥成本的提高。

因此，本發明的目的在於低價地實現對旋轉閥的轉子的絕對位置進行檢測的裝置。

解決問題的技術手段

本發明涉及的轉子位置檢測裝置包括位置檢測部、信號模式保持部、以及位置檢測單元。位置檢測部具有：位置檢測用板，其與旋轉閥的轉子聯動地旋轉，並在該位置檢測用板的主平面的周緣部具有缺口部,旋轉閥通過轉子的位置來切換所設置的多個輸出口中的與輸入口連接的輸出口；以及在缺口部的旋轉軌道上的多個位置檢測缺口部的有無的多個傳感器，位置檢測用板的缺口部和檢測該缺口部的傳感器被設置為：轉子被定位在輸出口與輸入口連接的各位置時的各傳感器的檢測信號的組合模式都不相同。信號模式保持部保持各傳感器的檢測信號的組合模式和此時的轉子的位置的信號模式數據。位置檢測單元讀取各傳感器的檢測信號，基於信號模式保持部所保持的信號模式數據來檢測轉子的絕對位置。

本發明中，作為檢測位置檢測用板的缺口部的有無的傳感器，只要檢測缺口部的有無即可，因此沒有必要使用高性能的傳感器，使用低價的光電傳感器即可。將相關的傳感器的信號二進位化，例如，檢測到缺口部時信號設為，沒有檢測到缺口部時信號設為。因此，使用n個傳感器時的這些傳感器的檢測信號的組合模式有2n種，作為轉子的絕對位置，能夠檢測2n個位置。

本發明涉及的旋轉閥包括：埠連接部，其具有輸入口、多個輸出口以及用於切換與輸入口連接的輸出口的轉子；使轉子旋轉的電動機；本發明的轉子位置檢測裝置；以及控制部，其基於由轉子位置檢測裝置檢測的轉子位置，驅動電動機使得轉子被定位在規定位置。

發明的效果

本發明的轉子位置檢測裝置通過對設在位置檢測用板的缺口部的有無進行檢測的多個傳感器的檢測信號的組合模式，對轉子的絕對位置進行檢測，因此，能夠使用一般的光學傳感器作為檢測位置檢測用板的缺口部的有無的傳感器。因此，不像絕對位置檢測用絕對型編碼器那樣，需要設在編碼器板的、讀取絕對位置檢測用模式的高性能的傳感器，能夠以低價的結構實現轉子的絕對位置的檢測。

本發明的旋轉閥使用本發明的轉子位置檢測裝置來檢測轉子的絕對位置，因此，能夠高精度且低價地進行轉子的位置控制。

附圖說明

圖1是示出旋轉閥的一實施例的外觀的立體圖。

圖2是示出該實施例的位置檢測部的構造的旋轉閥的側視圖。

圖3是示出該實施例的位置檢測部的構成的位置檢測部內部的立體圖。

圖4A是從上方來看該位置檢測部的位置檢測用板和光電傳感器的圖。

圖4B是從上方來看該位置檢測部的定位用板和光電傳感器的圖。

圖5是概略示出該實施例的控制系統的框圖。

圖6是示出該實施例的位置檢測用的各光電傳感器的信號模式與此時的連接埠的對應的一例的表。

圖7是示出該實施例的轉子的定位動作的一例的流程圖。

圖8是示出旋轉閥的其他的實施例的構造的旋轉閥的側視圖。

圖9是該實施例的各位置檢測用板的平面圖。

圖10是示出該實施例的位置檢測用的各光電傳感器的信號模式與此時的連接埠的對應的一例的表。

具體實施方式

本發明的轉子位置檢測裝置中，位置檢測用板可以是一塊。這樣一來，能夠縮小位置檢測裝置的轉子旋轉軸方向的尺寸。

另外，也可以設置多塊位置檢測用板。這樣一來，與位置檢測用板為一塊的情況相比，能夠容易地設計缺口部，使得多個旋轉位置的每一個，各傳感器的檢測信號的組合模式都不相同。

本發明的旋轉閥中，轉子位置檢測裝置的位置檢測部具有n個傳感器的情況下，能夠在埠連接部設置2n個輸出口。

本發明的旋轉閥優選具有轉子的定位用的編碼器。作為相關的定位用編碼器例如構成為，具有與轉子聯動地旋轉、並在周緣部的周向上的均等的多個位置具有狹縫的定位用板；以及對定位用板的狹縫進行檢測的定位用傳感器，在轉子被定位在某一個輸出口與輸入口連接的位置時，定位用傳感器對狹縫進行檢測。

以下，使用附圖對旋轉閥的一個實施例進行說明。

首先，使用圖1對該實施例的旋轉閥整體的概略構成進行說明。

該實施例的旋轉閥具有轉子驅動部2、轉子位置檢測部4(位置檢測部)以及埠連接部6。轉子位置檢測部4被設在轉子驅動部2和埠連接部6之間。

轉子驅動部2具有用於對設在埠連接部6的轉子進行旋轉驅動的步進電機8。步進電機8通過螺栓和螺母的連接而被固定在電機固定板9上。

埠連接部6具有圓筒形狀的框體11，在框體11的外周面具有周向均等配置的8個出口10。雖在圖1中看不到，在埠連接部6的背面(轉子驅動部2的相反側的面)中央部設有入口13(參照圖2。)。雖圖中未示出，在埠連接部6的內部設有定子(固定件)和轉子(旋轉件)，通過轉子一邊相對定子滑動一邊旋轉，轉子的設在定子側的面的槽發生位移，並由此使得與入口連接的出口10被切換。埠連接部6的框體11和電機固定板9通過支承柱30連接，並被相互固定。

轉子位置檢測部4除了具有與埠連接部6的轉子聯動地與轉子同軸旋轉的定位用板22和位置檢測用板26之外，還具有：用於對設在定位用板22的周緣部的缺口部進行檢測的第1傳感器14a、第2傳感器14b及第3傳感器14c；以及用於對設在位置檢測用板26的周緣部的狹縫進行檢測的定位用傳感器28(定位用傳感器28沒有在圖1中示出。)。第1傳感器14a、第2傳感器14b及第3傳感器14c被固定在公用的傳感器安裝用蓋12上。傳感器安裝用蓋12被固定在電機固定板9上。定位用傳感器28被安裝在埠連接部6的框體11側。

使用圖2、圖3、圖4A以及圖4B，對轉子位置檢測部4的內部構造進行說明。另外，為了使轉子位置檢測部4的內部構造容易看到，使圖2中支承柱30為透明視圖，並省略第1傳感器14a以及第3傳感器14c的圖示。

在轉子位置檢測部4中，步進電機8的驅動軸16的端部和用於使轉子旋轉的旋轉軸18的端部通過連接部20連接，通過步進電機8使轉子能夠旋轉。定位用板22和位置檢測用板26相互平行地設置在埠連接部6和連接部20之間。旋轉軸18貫穿定位用板22和位置檢測用板26的主平面中央部。

定位用板22被固定在與旋轉軸18一起旋轉的圓柱形狀的支承塊21上。在定位用板22和位置檢測用板26之間隔有間隔件24。間隔件24的一端通過螺栓和螺母的連接而相對於定位用板22被固定，另一端通過螺栓和螺母的連接而相對於位置檢測用板26被固定。由此，定位用板22和位置檢測用板26與轉子聯動地旋轉。

如圖4B所示，定位用板22在其周緣部周向均等地設有8個狹縫22a。在定位用板22的側方設有用於檢測該狹縫22a的定位用傳感器28。定位用傳感器28是具有相互相對的發光 元件和受光元件的光電傳感器，在發光元件和受光元件之間插入有定位用板22的周緣部。

在狹縫22a不在定位用傳感器28的位置上時，來自發光元件的光被定位用板22遮光，受光元件檢測不到來自發光元件的光。狹縫22a轉到定位用傳感器28的位置時，來自發光元件的光入射到受光元件，受光元件檢測來自發光元件的光。定位用傳感器28的檢測信號被二進位化，將沒有檢測到狹縫22a時的檢測信號設為信號，將檢測到狹縫22a時的檢測信號設為信號。定位用板22以及定位用傳感器28構成定位用編碼器，該定位用編碼器用於進行某一個輸出口10與輸入口13連接的狀態這樣的轉子的定位。

狹縫22a和定位用傳感器28的位置被調整為，狹縫22a轉到定位用傳感器28的位置時為某一個輸出口10與輸入口13連接的狀態。因此，任一個輸出口10與輸入口13連接時，定位用傳感器28的二進位化的信號為，任一個輸出口10都沒有與輸入口13連接時，該信號為。轉子的定位通過一邊監視定位傳感器28的信號一邊驅動步進電機8來進行，使得定位用傳感器28的二進位化的信號為。

如圖4A所示，位置檢測用板26在其周緣部設有多個缺口部26a。在位置檢測用板26的側方具有用於對該缺口部26a進行檢測的第1傳感器14a、第2傳感器14b以及第3傳感器14c。各個第1傳感器14a、第2傳感器14b以及第3傳感器14c與定位用傳感器28一樣，是具有相互相對的發光元件和受光元件的光電傳感器，在發光元件和受光元件之間被插入位置檢測用板26的周緣部。

各個第1傳感器14a、第2傳感器14b以及第3傳感器14c通過受光元件是否檢測到來自發光元件的光，來檢測在各傳感器14a～14c的位置有無缺口部26a。各傳感器14a～14c的檢測信號被二進位化，沒有檢測到缺口部26a的傳感器的檢測信號為信號，檢測到缺口部26a的傳感器的檢測信號為信號。

第1傳感器14a、第2傳感器14b及第3傳感器14c的位置與位置檢測用板26的缺口部26a的寬度及數量被設計為，轉子被定位在定位用傳感器28檢測到狹縫22a的8個位置時的各傳感器14a～14c的檢測信號(信號或)的組合的模式都不相同。圖6是示出各傳感器14a～14c的檢測信號的組合模式和在各模式時與入口13所連接的出口10(表中的連接埠)的對應關係的信號模式數據的一例。

控制該旋轉閥的動作的控制部32(參照圖5。)預先保持相關的信號模式數據，基於該信號模式數據檢測與入口13連接的出口10、即檢測轉子的絕對位置。傳感器14a～ 14c、位置檢測用板26以及控制部32構成用於檢測轉子的絕對位置的轉子位置檢測裝置。

圖5示出該實施例的控制系統。

步進電機8由控制部32控制。控制部32能夠通過專用的計算機或者通用的個人電腦來實現。控制部32設有位置檢測單元32a、定位單元32b以及信號模式保持部32c。位置檢測單元32a以及定位單元32b通過由設於控制部32的CPU等的運算裝置執行存儲在控制部32的程序而得到功能。信號模式保持部32c能夠通過設於控制部32的HDD(硬碟驅動器)等的存儲裝置的一個區域來實現。

如圖6所示，信號模式保持部32c保持有表示各傳感器14a～14c的信號的組合模式與此時的連接埠的對應關係的信號模式數據。

位置檢測單元32a構成為使用第1傳感器14a、第2傳感器14b以及第3傳感器14c的檢測信號和保持在信號模式保持部32c的信號模式數據來檢測轉子的絕對位置(與入口13連接的出口10的序號)。

定位單元32b構成為基於定位用傳感器28的信號和由位置檢測單元32a檢測的轉子的絕對位置，控制步進電機來對轉子進行定位，使得所希望的出口10與入口13連接。

使用圖7的流程圖對轉子的定位動作的一例進行說明。

確定轉子應該定位的目標位置(與輸入口連接的輸出口的序號)。讀取第1傳感器14a、第2傳感器14b以及第3傳感器14c的信號，根據其信號的組合模式，基於信號模式保持部32c的信號模式數據，檢測轉子的當前位置。

在轉子的當前位置與目標位置不同時，驅動步進電機8(圖1參照。)直到定位用傳感器28檢測到定位用板22的狹縫22a。定位用傳感器28檢測到狹縫22a時，根據此時的第1傳感器14a、第2傳感器14b以及第3傳感器14c的信號檢測轉子的當前位置，並確認當前位置與目標位置是否一致。反覆執行該動作，轉子的當前位置和目標位置一致的話，結束轉子的定位。

在上述的實施例中，構成為在1塊位置檢測用板26的周圍配置3個傳感器14a～14c，根據其信號的組合模式檢測轉子的絕對位置，但也可以採用多塊位置檢測用板來檢測轉子的絕對位置。使用圖8對使用3塊位置檢測用板36、37以及38的實施例進行說明。

該實施例的轉子位置檢測部4a具有1塊定位用板22和3塊位置檢測用板36、37以及38。定位用板22設在埠連接部6側，被固定在與旋轉軸18一起旋轉的圓柱形狀的支承塊21上。位置檢測用板36隔著間隔件34c與定位用板22連接。位置檢測用板37隔著間隔件 34b與位置檢測用板36連接。位置檢測用板38隔著間隔件34a與位置檢測用板37連接。由此，4塊板22、36、37以及38與轉子聯動地同軸旋轉。

位置檢測用板38的平面形狀是圖9的(A)所示的形狀，在其周緣部的周向上的均等的4處位置具有寬度為旋轉角45°大小的缺口部38a。位置檢測用板37的平面形狀是圖9的(B)所示的形狀，在其周緣部的周向上的均等的2處位置具有寬度為旋轉角90°大小的缺口部37a。位置檢測用板36的平面形狀是圖9的(C)所示的形狀，在其周緣部具有旋轉角180°大小的缺口部36a。

第1傳感器14a被設在對位置檢測用板38的周緣部的缺口部38a進行檢測的位置。第2傳感器14b被設在對位置檢測用板37的周緣部的缺口部37a進行檢測的位置。第3傳感器14c被設在對位置檢測用板36的周緣部的缺口部36a進行檢測的位置。

該實施例中，第1傳感器14a、第2傳感器14b以及第3傳感器14c被配置為在縱向(與旋轉軸38平行的方向)排成一列，但也沒有必要一定配置為排成一列。第1傳感器14a、第2傳感器14b以及第3傳感器14c的位置與位置檢測用板36、37以及38的位置關係(相位差)被設計為，轉子被定位在定位用傳感器28檢測到狹縫22a的8個位置時的各傳感器14a～14c的檢測信號(信號或)的組合模式都不相同。圖10是表示各傳感器14a～14c的檢測信號的組合模式與各模式下的和入口連接翻出口(連接埠)的對應關係的信號模式數據的一例。

使用第1傳感器14a、第2傳感器14b、第3傳感器14c以及定位用傳感器28的信號的轉子的定位方法與使用圖1至圖7說明過的實施例一樣。

符號的說明

2轉子驅動部

4、4a轉子位置檢測部

6埠連接部

8步進電機

9電機固定板

10輸出口

11埠連接部的框體

12傳感器安裝用蓋

14a第1傳感器

14b第2傳感器

14c第3傳感器

16驅動軸

18旋轉軸

20連接部

21支承塊

22定位用板

22a狹縫

24、34a、34b、34c間隔件

26、36、37、38位置檢測用板

26a、36a、37a、38a缺口部

38定位用傳感器

30支承柱

32控制部

32a位置檢測單元

32b定位單元

32c信號模式保持部。