CN102089629B - 旋转编码器和旋转编码器的产品系列 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转编码器，其包括定子(1)和转子(2)，其中，转子(2)布置成借助于轴承(3)可相对于定子(1)旋转。转子(2)具有轴(2.1)，其中，形状配合装置(2.11)以及编码盘(2.2)抗扭地固定在轴(2.1)处。定子(1)具有带有用于探测编码盘(2.2)的探测装置(1.11)的主体(1.1)、平衡联结器(1.2)以及壳体(1.3)。在此，主体(1.1)通过平衡联结器(1.2)与壳体(1.3)相连接。壳体(1.3)具有另一形状配合装置(1.31)，其中，如此预调整旋转编码器，即，在旋转编码器的运行中，在轴(2.1)的形状配合装置(2.11)和壳体(1.3)的另一形状配合装置(1.31)之间的预定的相对角位置中，可通过旋转编码器输出预定的角度值。此外，本发明还涉及一种旋转编码器的产品系列。

Description

旋转编码器和旋转编码器的产品系列
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的带有壳体的旋转编码器(Drehgeber)，以及一种根据权利要求8的旋转编码器的产品系列(Baureihe)。
背景技术
旋转编码器用于测量可旋转地支承的物体、尤其轴在一转或多转上的旋转运动。在此，以递增的方式(inkremental)或以绝对的方式获取旋转运动。在与齿条和齿轮或与丝杠相结合的情况下，也可利用旋转编码器测量线性的运动。
旋转编码器大量地用作所谓的马达反馈装置，并且在该应用中用于形成位置信息或角度信息，该位置信息或角度信息用于电驱动器的整流(Kommutierung)。例如，在同步马达中在供给电压接通后立即需要关于绝对的转子位置的信息。为此，带有附加的整流信号的旋转编码器(其提供相对粗略的位置信息)以及以单匝结构或多匝结构的绝对旋转编码器(其立即给出带有几角秒级精度的精确的角位置)是合适的。
在装配该测量设备时必须将电动马达的转子位置和旋转编码器的转子位置彼此相关联，以实现尽可能恒定的马达电流。相对于电动马达的力的不充分的关联造成强烈的马达噪声和高的功率损失。
在传统的旋转编码器中，为达到这一目的，首先通过施加直流电流将电动马达的转子或电动马达的轴带入优选位置(Vorzugslage)中。之后，将带有整流信号的旋转编码器粗略地取向，例如借助于在旋转编码器处的标记条或参考标记信号。之后，将旋转编码器的轴装配在电动马达轴上。随后，借助于相角测量设备实现精确调整，其中，使旋转编码器的定子如此长时间地旋转，即，直至相角测量设备显示近似值零作为相对于参考标记的距离。最后，在这种位置中，最终将平衡联结器(Ausgleichskupplung)、尤其定子联结器(Statorkupplung)固定在电动马达罩壳处。
首先，完全地装配绝对的旋转编码器。随后，通过零点移位使值“零”与电动马达的优选位置相关联。为此，电子器件包括所属的软件包(例如在与旋转编码器相连接的计算机中)作为辅助工具。由此，可进行零点移位。
从文件DE 19729452 C2中已知一种适配器部件，该适配器部件使旋转编码器轴和马达轴之间的按照角度的关联成为可能。在此，为了精确调整也必须使定子旋转，并且最终将定子联结器固定在马达罩壳处。
已知的带有定子联结器的机构具有这样的缺点，即，对于每个安装情况必须单独地在现场进行精确调整，并且那么常常需要在现场固定机械上敏感的平衡联结器。
同样已知的是，可通过机械地编码的转子联结器对提供整流信号的旋转编码器的安装进行简化，如其例如在公开文献WO 2008/034768中显示的那样。但是，利用转子联结器始终存在整流信号的精度的损失。
发明内容
本发明的目的为，实现开头所提及的类型的旋转编码器，该旋转编码器可利用简单的手段安装，并且通过该旋转编码器可达到相对较高的测量精度。
根据本发明，该目的通过提供带有权利要求1的特征的旋转编码器以及根据权利要求8的产品系列实现。
相应地，根据本发明的旋转编码器包括定子和转子，其中，转子布置成借助于轴承可相对于定子旋转。转子具有轴，形状配合装置以及编码盘抗扭地固定在该轴处。定子具有主体、平衡联结器以及壳体。在此，主体包括用于探测(Abtastung)编码盘的探测装置，从而可由旋转编码器输出取决于轴和壳体之间的相对角位置的角度值。此外，主体通过平衡联结器以在径向和轴向上为弹性的、但扭转刚性(drehsteif)的方式与壳体相连接。此外，壳体具有另一形状配合装置，其中，如此预调整(vorjustieren)旋转编码器，即，在旋转编码器的运行中，在轴的形状配合装置和壳体的另一形状配合装置之间的预定的相对角位置中，可通过旋转编码器输出预定的角度值。
因此，在轴的形状配合装置相对于壳体的另一形状配合装置在预定的定向中，旋转编码器始终输出相同的预定的角度值。在此，在可通过转子和定子之间的相对旋转产生形状配合装置的定向后，该定向称为预定的相对角位置。
因此，旋转编码器由于形状配合装置仅仅可以精确符合参考的方式(referenztreu)(例如，基于整流信号)安装在电动马达处。预定的角度值也可称为参考值。
根据本发明的改进方案，编码盘载有绝对编码，以使得通过探测装置可在编码盘的一转内(innerhalb einer Umdrehung der Codescheibe)检测到绝对的且明确的(eindeutig)角位置，并且可由旋转编码器输出绝对的角度值。在这种情况中可为有利的是，定子包括非易失性存储器，在该存储器中相应于预调整储存了这样的数据，即，该数据表示关于两个形状配合装置彼此的相对角位置的信息。
有利地，壳体具有凸缘，其中，形状配合装置可布置在该凸缘处。
在本发明的备选的设计方案中，壳体的形状配合装置设计成定位销(Passstift)。
有利地，轴的形状配合装置设计成关于轴线非对称的构件。因此，可保证与配合件(例如电动马达轴)的明确的组合。尤其地，轴的形状配合装置可具有凹入部，该凹入部例如构造成在轴向的方向上的凹槽。
备选地，编码盘可载有递增的编码。尤其地，在这种情况中可如此配置平衡联结器，即，可通过平衡联结器和主体之间的和/或平衡联结器和壳体之间的相对运动执行形状配合装置之间的相对角位置的预调整。为了这一目的，平衡联结器可具有长孔以用于利用螺栓将平衡联结器固定在壳体处。
根据另一方面，本发明包括旋转编码器的产品系列。在此，如此预调整产品系列的每个旋转编码器，即，在相应旋转编码器的运行中，在轴的相应形状配合装置和相应壳体的相应另一形状配合装置之间的同样的(ein und derselben)相对角位置中，可由旋转编码器输出同样的预设的角度值。
之后，通过单独的预调整，在产品系列以内的旋转编码器的相应非易失性存储器中可储存有相应于预调整的不同的数据，该数据表示关于两个形状配合装置彼此的相对角位置的信息。
备选地，-尤其地，当产品系列包括分别载有带有递增的编码的编码盘的旋转编码器时-旋转编码器可包括轴的这样的形状配合装置，即，该形状配合装置按照角度分别相同地相对于编码盘定向。
基本上，产品系列可包括这样的旋转编码器，即，其具有一个或多个在此公开的旋转编码器的特征。
可从从属权利要求中得到本发明的附加的有利的设计方案。
附图说明
在以下根据附图对实施例的描述中本发明的其它特征和优点为明显的。
其中：
图1显示了旋转编码器的透视的截面图，
图2显示了穿过该旋转编码器的纵向截面，
图3显示了该旋转编码器的侧视图。
具体实施方式
在图1至3中示出的旋转编码器包括定子1、转子2以及轴承3。在此，借助于轴承3将转子2布置成可相对于定子1绕轴线A旋转。在所提出的实施例中，旋转编码器用于产生用于电动马达的整流信号，旋转编码器可以凸缘的方式安装在该电动马达处。
定子1包括在内部的主体1.1，此外，探测装置1.11固定在该主体1.1处。该探测装置1.11包括带有检测器(例如图片检测器)的电路板(Leiterplatte)。此外，在电路板上布置有用于对由检测器所提供的探测信号进行信号整形(例如用于对其进行加强或数字化)的电气构件。尤其地，在电路板上也装配有包括非易失性存储器的电子部件。
围绕主体1.1周围布置有套形的壳体1.3，该壳体1.3将旋转编码器的位于内部的部件以相对于外界影响因素隔绝的方式封闭。这种类型的旋转编码器常常应用在相对恶劣的工业环境中，因此重要的是，相应的壳体1.3密封地包围旋转编码器的内部空间。在壳体1.3处、确切地说在壳体1.3的凸缘1.32处布置有定位销1.31，该定位销1.31用作形状配合装置。通过平衡联结器1.2将主体1.1与壳体1.3在轴向和径向上以弹性的方式相连接。同样地，如此构造平衡联结器1.2，即，其在周向上是刚性的。此外，平衡联结器1.2具有用于利用螺栓固定在壳体1.3处的孔。为了使旋转编码器与电压供应器件和后续电子器件(Folgeelektronik)以电气的方式相连结，在罩壳1.3处安装有电气的联结器1.4。此外，通过该电气的联结器1.4将温度信号传送到后续电子器件处。相应的温度传感器(例如电阻感应器)安置在电动马达中，其中，所产生的温度信号借助于缆线1.5(其被引导穿过定子1)传输。
用于联接到马达轴4处的轴2.1与转子2相关联。不仅轴2.1具有形状配合装置2.11，而且马达轴4也具有形状配合装置4.1，该形状配合装置2.11，4.1分别与轴2.1和马达轴4抗扭地相连接。此外，编码盘2.2抗扭地固定在轴2.1处。因此，编码盘2.2可绕轴线A旋转，并且在所显示的示例中，编码盘2.2由探测装置1.11以光电的方式探测。在该实施例中，编码盘2.2载有绝对的编码，以使得通过探测装置1.11在编码盘2.2的一转内探测绝对的且明确的角位置。
在旋转编码器的制造商处，首先将定位销1.31压入凸缘1.32的相应的孔中。同样地，通过压配合建立作为形状配合装置的形状配合件2.11和轴2.1之间的抗扭的连接。形状配合件2.11(在此为精确加工的金属件)具有两个宽度不同的凹入部2.111，2.112，以使得形状配合件2.11构造成相对于轴线A为不对称的，即，相对于在轴线A上的点不是中心对称的(punktsymmetrisch)。
为了预调整，首先利用凸缘1.32将旋转编码器装配在辅助机构处。在此，辅助机构包括孔，定位销1.31无间隙地推入该孔中。此后，调整机构无间隙地接合到凹入部2.111，2.112中，以使得调整机构可将旋转运动引入到轴2.1中。在该阶段，保证了将旋转编码器以等角的方式(winkeltreu)安装在辅助机构处。
随后，将通向连接电子器件的缆线固定(anstecken)到电气的联结器1.4处。借助于该电子器件，可读取由探测单元1.1获取的绝对的角信息。
之后，使调整机构旋转，直至在形状配合件2.11和定位销1.31之间存在预设的相对角位置。例如，当到达这样的状态时，即，在该状态中凹入部2.111，2.112的径向的对称轴线与定位销1.31的中心交汇(schneiden)。在这样的状态(即，在制造商处可非常精确地接近(anfahren)该状态)中，例如在±0.25°上，确定绝对角位置并且如有可能由旋转编码器通过电气的联结器1.4输出相应的角度值。这些表示关于外形配合件2.11和定位销1.31之间彼此的相对角位置的信息的数据作为参考值存放在非易失性存储器中，并且在旋转编码器的稍后的运行中加以考虑。一个产品系列的所有旋转编码器根据相同的方法标定(referenzieren)。通过在一个产品系列内的每个旋转编码器中存在加工公差，在单独的预调整后可在每个旋转编码器中在相应非易失性存储器中储存相应不同的数据。
在于现场安装旋转编码器时，将定位销1.31压入电动马达罩壳中相应准备好的精确的孔中。同时，借助于螺栓2.3将轴2.1上的形状配合件2.11引入到在马达轴4处的形状配合装置4.1中。通过不对称的设计方案，只可在预设的角位置中将轴2.1和马达轴4相互接合。之后，在已装配的状态中，形状配合件2.11和形状配合装置4.1无间隙地联锁(ineinandergreifen)。通过螺栓连接在轴2.1和马达轴4之间建立刚性的连接。因此，在将旋转编码器装配到电动马达处时不必再对旋转编码器进行调整。
在旋转编码器的运行中保证了，在特定的角位置时，在此，例如在这样的位置中(即，在该位置中，凹入部2.111，2.112的径向对称轴线与定位销1.31的中心交汇)，始终将参考值到后续电子器件处，以使得实现电动马达的非常精确的整流。
其它优点为，无需调整措施便可在现场任意更换相同产品系列的旋转编码器，因为所有旋转编码器都在其非易失性存储器中存放了相应的修正位置。

Claims (9)

1.一种旋转编码器，包括定子(1)和转子(2)，其中，所述转子(2)布置成借助于轴承(3)可相对于所述定子(1)旋转，并且
所述转子(2)具有
-轴(2.1)，其中，形状配合装置(2.11)以及编码盘(2.2)抗扭地固定在所述轴(2.1)处，
所述定子(1)具有
-带有用于探测所述编码盘(2.2)的探测装置(1.11)的主体(1.1)，
-平衡联结器(1.2)，以及
-壳体(1.3)，其中，
所述主体(1.1)通过所述平衡联结器(1.2)以在径向和轴向上为弹性的、但扭转刚性的方式与所述壳体(1.3)相连接，其特征在于，
所述壳体(1.3)具有另一形状配合装置(1.31)，其中，如此预调整所述旋转编码器，即，在所述旋转编码器的运行中，在所述轴(2.1)的形状配合装置(2.11)和所述壳体(1.3)的另一形状配合装置(1.31)之间的预定的相对角位置中，可通过所述旋转编码器输出预定的角度值。
2.根据权利要求1所述的旋转编码器，其特征在于，所述编码盘(2.2)载有绝对编码，以使得通过所述探测装置(1.11)可在所述编码盘(2.2)的一转内检测绝对的且明确的角位置。
3.根据权利要求1或2所述的旋转编码器，其特征在于，所述定子(1)包括非易失性存储器，在所述存储器中相应于预调整储存了这样的数据，即，所述数据表示关于两个形状配合装置(1.31；2.11)彼此的相对角位置的信息。
4.根据权利要求1或2所述的旋转编码器，其特征在于，所述壳体(1.3)具有凸缘(1.32)，并且所述壳体(1.3)的另一形状配合装置(1.31)布置在所述凸缘(1.32)处。
5.根据权利要求1或2所述的旋转编码器，其特征在于，所述壳体(1.3)的形状配合装置(1.31)设计成定位销。
6.根据权利要求1或2所述的旋转编码器，其特征在于，所述轴(2.1)的形状配合装置(2.11)设计成关于轴线(A)非对称的构件。
7.根据权利要求1或2所述的旋转编码器，其特征在于，如此配置所述平衡联结器(1.2)，即，可通过所述平衡联结器(1.2)和所述主体(1.1)和/或所述壳体(1.3)之间的相对运动执行所述形状配合装置(1.31；2.11)之间的相对角位置的预调整。
8.一种旋转编码器的产品系列，其中，所述产品系列的每个旋转编码器包括定子(1)和转子(2)，其中，所述转子(2)分别布置成借助于轴承(3)可相对于所述定子(1)旋转，并且每个转子(2)具有
-轴(2.1)，其中，形状配合装置(2.11)以及编码盘(2.2)抗扭地固定在所述轴(2.1)处，
每个定子(1)具有
-带有用于探测所述编码盘(2.2)的探测装置(1.11)的主体(1.1)，
-平衡联结器(1.2)，以及
-壳体(1.3)，其中，
所述主体(1.1)通过所述平衡联结器(1.2)以在径向和轴向上为弹性的、但扭转刚性的方式与所述壳体(1.3)相连接，其特征在于，
所述壳体(1.3)具有另一形状配合装置(1.31)，其中，如此预调整每个旋转编码器，即，在相应的旋转编码器的运行中，在所述轴(2.1)的相应形状配合装置(2.11)和相应壳体(1.3)的相应另一形状配合装置(1.31)之间的同样的相对角位置中，可通过所述旋转编码器输出预定的角度值。
9.根据权利要求8所述的旋转编码器的产品系列，其特征在于，所述产品系列的每个旋转编码器根据权利要求2至7中任一项设计。
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