CN110907093A - 具有无框电机驱动的动态平衡器 - Google Patents

Abstract

动态平衡器包括外壳和可旋转地安装到外壳的主轴组件。无框电机组件连接到主轴组件的选定部件。夹持组件接收锁定构件以将轮胎捕获在夹持组件和锁定构件之间。夹持组件和锁定构件被捕获在主轴组件中并通过无框电机组件旋转。弹簧偏压的返回缸可与动态平衡器一起使用，以帮助相对于夹持组件捕获和释放锁定构件。可调节的编码器组件可以与电机组件相关联，以监测轮胎和/或主轴组件的旋转位置。

Description

具有无框电机驱动的动态平衡器

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年9月14日提交的美国临时申请No.62/731,238的优先权，该临时申请通过引用结合在本文中。

技术领域

本发明涉及一种动态平衡器。特别地，本发明指向一种动态平衡器，该动态平衡器在确定由平衡器旋转的轮胎的平衡状态中使用无框电机驱动。

背景技术

制造的轮胎在向公众出售之前通常会经过一定的测试。一种这样的测试包括通过使轮胎高速旋转来测量轮胎的平衡。用于测量轮胎平衡的机器必须将轮胎固定到位，使轮胎充气，然后高速旋转轮胎，同时检测轮胎旋转期间的力。

现有技术的装置通常利用测力传感器来检测与轮胎的旋转成轴向关系的力。尽管在其陈述的目的中有效，但据信可以获得更准确的平衡状态确定。例如，现有技术动态平衡器的常见问题是由用于旋转轮胎以确定平衡状态的机构产生的。大多数所有平衡器都采用侧装电机，该侧装电机使连接到主轴组件的皮带旋转，主轴组件使轮胎旋转。侧装驱动电动机虽然有效，但是向主轴组件引入径向力，然后必须对径向力进行补偿，以便不会对确定轮胎平衡状态的传感器产生不利影响。这种补偿可以通过应用反平衡力、使用传感器来确定附加力和计算机处理以调节测量的力或两者的组合来完成。一些动态平衡器通过采用驱动电机壳体和电枢避免使用侧装电动机。然而，这种结构仍然采用相对的悬架弹簧，相对的悬架弹簧在最小使用之后变得不平衡并将必须补偿的力引入到主轴组件中，这两者都导致测力传感器测量中的失真。

现有技术的动态平衡器的另一个缺点是轮胎在旋转之前固定到机器上的方式。一种现有技术的卡盘锁定机构在外套筒和内套筒之间采用滚珠轴承以将轮胎保持在适当位置。不幸的是，轴承很容易错位，并且套筒不会像它们应该接合那样彼此接合。

因此，本领域需要一种改进的轮胎平衡器，该轮胎平衡器能够检测在相对于轮胎旋转的水平面中的力。并且需要以有意义的方式收集和处理检测到的力，以正确地识别轮胎失衡状况的位置和数量。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的第一方面是提供一种具有无框电机驱动的动态平衡器。

本发明的另一方面是提供一种动态平衡器，包括外壳；主轴组件，所述主轴组件可旋转地安装在所述外壳上；无框电机组件，所述无框电机组件连接到所述主轴组件的选定部件；和夹持组件，所述夹持组件接收锁定构件以在将轮胎捕获在夹持组件和锁定构件之间，所述夹持组件和所述锁定构件捕获在所述主轴组件中并由所述无框电机组件旋转。

本发明的另一方面是提供一种干式制动空气机构，该干式制动空气机构适用于动态平衡器，所述动态平衡器具有锁定轴，所述锁定轴具有穿过其的空气供应孔，以对由动态平衡器接收的轮胎进行充气，所述机构包括：连接配件，所述连接配件适于容纳在空气供应孔中；系统壳体，所述系统壳体承载歧管，所述歧管在一端具有空气连接器，所述空气连接器选择性地连接到所述连接配件；和线性致动器，所述线性致动器连接到所述歧管，以选择性地将所述空气连接器移入到所述连接配件中接合，和脱离与所述连接配件的接合，其中所述空气连接器和所述连接配件在彼此脱离时被密封并且在彼此接合时打开。

本发明的又一方面是提供一种夹持组件，该夹持组件用于与锁定轴接合，夹持组件包括：下边缘，所述下边缘具有穿过其的轴开口以接收锁定轴，所述下边缘具有至少一个T形腔；至少一个楔形爪，所述至少一个楔形爪能够在所述至少一个T形腔中的相应一个中径向移动，所述至少一个楔形爪具有一个带有爪齿的侧面，当锁定轴接收在轴开口中时，爪齿与锁定轴接合；和至少一个楔形套筒，所述至少一个楔形套筒可滑动地与所述至少一个楔形爪的相对侧接合，其中所述至少一个楔形套筒的轴向移动使所述至少一个楔形爪移动进入以接合锁定轴，和脱离与锁定轴的接合。

本发明的又一个方面是提供一种弹簧偏压的返回缸，适用于动态平衡器，该动态平衡器具有轴向延伸穿过可旋转的主轴组件的主轴，该弹簧偏压的返回缸包括：主缸，所述主缸具有穿过其的轴开口，所述轴开口接收主轴，所述主缸具有外部径向凸缘；外缸，所述外缸围绕所述主缸，所述外缸具有向内弹簧凸缘，其中所述向内弹簧凸缘面向所述外部径向凸缘并在向内弹簧凸缘和外部径向凸缘之间形成环形弹簧腔，环形弹簧腔容纳圆柱形弹簧，并且其中所述主缸适于轴向移动以轴向移动主轴。

本发明的又一方面是提供一种编码器组件，包括：电机组件，电机组件具有电机壳体，电机壳体上固定有定子，转子可旋转地容纳在所述定子内；安装板，安装板固定在所述电机壳体上，所述安装板具有板凹部；编码器环，编码器环连接到所述转子上，以便与转子一起旋转；和调节机构，调节机构保持在所述板凹部中并能够带动读头相对于所述编码器环移动。

附图说明

结合以下描述，所附权利要求和附图，将更好地理解本发明的这些和其他特征和优点，其中：

图1是根据本发明的概念的处于锁定位置的动态平衡器的剖视图；

图1A是根据本发明的概念的与动态平衡器相关的干式制动空气系统的局部剖视图；

图2是根据本发明的概念的动态平衡器的分解透视图；

图3A，3B和3C是根据本发明的概念的动态平衡器的分解剖视图；

图4是通过下边缘接收的锁定构件的下部透视图，该下边缘是根据本发明构思的动态平衡器的夹持组件的一部分；

图5A是根据本发明的概念的锁定构件和夹持组件的选定部件的透视图；

图5B是根据本发明的概念的锁定构件和夹持组件的选定部件的另一个透视图；

图6是楔形套筒的透视图，示出了楔形爪容纳在楔形套筒中，其中楔形套筒和楔形爪是根据本发明的概念使用的夹持组件的一部分；

图7是根据本发明的概念的容纳在夹持组件中的锁定构件在默认位置的剖视图；

图8是根据本发明的概念的容纳在夹持组件中的锁定构件在解锁位置的剖视图；

图9是根据本发明的概念的动态平衡器中使用的编码器组件和弹簧偏压的返回缸的透视图；

图10是根据本发明的概念的编码器组件和弹簧偏压的返回缸的端视图；

图11是根据本发明的概念的处于默认位置的弹簧偏压的返回缸的放大剖视图；

图12是根据本发明的概念的处于解锁位置的弹簧偏压的返回缸的放大剖视图；

图13是根据本发明的概念的处于解锁位置的动态平衡器的剖视图；和

图14是根据本发明的概念的用于操作动态平衡器的控制系统的示意图。

具体实施方式

现在参考附图，特别是图1、2、3A、3B和3C，可以看出动态平衡器通常用数字20表示。当阅读说明书的任何部分时，应参考这些具体的附图。在适当的情况下，可以对相关附图进行具体参考，但是应当理解，任何附图都可以示出所描述的项目。如本领域所熟知的，动态平衡器测试环形体，例如充气轮胎。通常，平衡器20包括具有适当结构特征(例如承载平衡器的支腿和横向构件)的地板支撑框架22(部分示出)。本领域技术人员将理解，框架可以用螺栓固定或以其他方式固定到地板上，以使受到的外部力最小化。

外壳24可由框架22承载并支撑动态平衡器的主要部件。框架22和外壳24之间可以插入至少一个测力传感器26。在本实施例中，四个测力传感器26可以以大致相等的90°增量或以其他方式适当地围绕外壳隔开并用于在平衡器使轮胎旋转期间检测和收集力测量数据，这随着说明的进行将详细描述。测力传感器相对于框架的配置和放置可以如2016年11月8日提交的美国专利申请序列号15/345,648中所述和所示，该美国专利申请15/345,648通过引用结合于本申请中。在本实施例中，平衡器20和框架22之间的测力传感器的操作接口是两者之间唯一的有意接口(intentional interface)，以便在操作期间基本上消除对平衡器施加任何外部力。结果，可以获得轮胎的平衡状态，并且最小的干扰外力结合到称重传感器的平衡测量中。

平衡器20的主要部件可包括锁定构件30，该锁定构件30与轮胎(T)特别是胎圈的一侧相关联并且设置在轮胎(T)特别是胎圈的一侧，其中图2示出锁定构件30被接收在夹持组件中，夹持组件通常用数字32表示。夹持组件夹紧锁定构件并定位和捕获轮胎的相对的胎圈。并且，夹持组件32可以容纳在主轴组件34中，主轴组件34使夹持组件和安装在锁定构件和夹持组件之间的轮胎旋转。主轴组件34可以通过无框电机组件40旋转，其中旋转的轮胎的旋转位置由编码器组件42检测和监控，编码器组件42连接到无框电机组件40。弹簧偏压的返回缸46与无框电机组件相关联，并且如将详细讨论的，有助于与夹持组件32一起释放和捕获锁定构件30。

如图3A中最佳所示，锁定构件30包括锁定轴50，锁定轴50在一端提供向外的锥形部52。本领域技术人员将理解，干式制动空气系统(将描述)可以连接到锥形部52和/或轴50的相邻部分，以便将锁定构件移入到夹持组件32中和从夹持组件32移出并且膨胀/放气轮胎。锁定轴以将在进行的说明中描述的方式垂直地移入到夹持组件32中和从夹持组件32中移出。空气供应孔54在向外的锥形部52处轴向延伸到轴中。横向孔56延伸穿过锁定轴50，横向孔56与空气供应孔54相交并与空气供应孔54邻接。在与向外的锥形部52相对的一端是远端60。

在一些实施例中，锁定轴50可具有非圆形横截面，如图4，5A和5B最佳所示的。这种特征有利于轴与接收轴的夹持组件的接合和锁定，轴和夹持组件随后在平衡操作期间由主轴组件旋转。在这样的实施例中，必须小心地使夹持组件适当地成角度对准以接收锁定轴，并且这可以通过编码器组件42和电机组件40之间的协调来容易地完成，如将讨论的。在任何情况下，本实施例中的锁定轴提供基本上正方形的横截面，其中轴50提供多个锁定侧63，并且其中每个锁定侧设置有相应的字母后缀A-D。每个锁定侧63A-D提供多个轴齿64A-D，其中在每个齿之间设置间隙66A-D。结果，锁定侧63A-D设置有轴齿64，轴齿64从轴50的大约中点延伸到轴的与向外的锥形部52相对的远端60。并且轴齿64设置在线性表面上，有效地形成锁定轴的方形横截面。这样，在本实施例中，锁定轴提供了四个侧面，便于与夹持组件32接合，如下所述。

如图3A，5A和5B中最佳所示的，轴环72可以在横向孔56和向外的锥形部52之间的位置处从轴50径向延伸。轴环72可以用紧固件连接到轴法兰74上，轴法兰74可以用紧固件连接到上边缘78，上边缘78在锁定轴旋转时旋转。上边缘78的外圆形表面可以提供多个径向向内的台阶80，以适应各种轮胎胎圈直径。

如图3A，图7和图8明显所示的，夹持组件32通过与锁定构件30接合而接收并保持轮胎。当锁定构件30和夹持组件32将轮胎固定在锁定构件30和夹持组件32之间时，它们共同固定在主轴组件34内。将在适当的时间讨论的，空气通过空气供应孔和横向孔56传递以使轮胎充气，于是主轴组件34使捕获的轮胎旋转以确定轮胎的平衡状态和其他特性。

现在参照图1A，可以看出干式制动空气系统通常用数字500表示并且可操作地连接到动态平衡器20。平衡器20通过结合连接配件504来提供与空气系统500的连接。连接配件504接收在锁定轴50的空气供应孔54中。随着详细描述的进行将变得明显，连接配件504选择性地连接到制动空气系统500，以便将加压空气引入到空气供应孔54和横向孔56中以及将空气从空气供应孔54和横向孔56引出，以便在适当的时间使轮胎充气和放气。

空气系统500包括系统壳体508，系统壳体508提供用于保持系统500的部件的必要结构。这些部件中的一个是歧管512，歧管512提供接收加压空气的导管516，如将讨论的。在导管516的一端是空气连接器520，空气连接器520选择性地连接到到连接配件504。瑞士的Staubli可以提供示例性的连接配件504和空气连接器520，其中它们的SPC系列连接器提供可以使用的示例性连接系统。

继续参见图1A，歧管512的一端可提供密封裙部524，密封裙部524部分地围绕空气连接器520。密封裙部524包括套管528和衬套532。套管528和衬套532允许空间连接件520在歧管512内在适当的时间可滑动地运动。护罩540从壳体508的下端延伸，护罩540基本上围绕密封裙部524，以防止碎屑进入连接配件504或空气连接器520。接口套环544连接到护罩540的下边缘并从护罩540的下边缘延伸，接口套环544包括连接凸缘548，连接凸缘548通过适当的紧固件固定到护罩540的下端。锥形凸缘552从连接凸缘548向内延伸，锥形凸缘552提供凸缘内表面556，凸缘内表面556的尺寸适于围绕锁定轴的锥形部52配合。本领域技术人员将理解，当锁定轴被提升远离夹持组件时，凸缘内表面556仅与锥形部52接触，这将在后面详细描述。然而，当锁定轴容纳在夹持组件中时，凸缘内表面与锥形部52处于非接触间隔开的关系，使得没有直接力施加到锥形部。结果，在平衡操作期间，没有来自锥形凸缘552的外力施加到主轴组件34。换句话说，锥形凸缘552和锥形部52之间的非接触关系被完成，使得在锁定轴的旋转期间没有力在这两个部分的接口之间传递。

系统500可包括线性致动器564，线性致动器564可在与密封裙部524相对的端部处连接到歧管512的一端。致动器杆568从线性致动器564延伸，其中致动器杆的运动由控制器控制，如将讨论的。无论如何，致动器杆568使歧管沿上/下或垂直方向移动。杆568的向下运动导致空气连接器520与连接配件504的连接。致动器杆568的向上运动导致空气连接器520与连接配件504的分离。本领域技术人员将理解，连接配件504和空气连接器520被配置成使得两者在它们彼此脱离时被密封，并且当两者都牢固地安置或彼此连接时，空气可以仅在任一方向上在两者之间流动。

在操作中，在适当的时间，致动器564被激励，使得致动器杆568将空气连接器520降低到与连接配件504接合。稍微同时，锁定轴50被锥形凸缘下降并且将被锁定，如稍后详细描述的。一旦空气连接器520与连接配件504接合，套环544下降一定量(incrementalamount)，使得凸缘内表面556不再与锥形部52接触。接下来，空气和/或一些其他类型的气体(可以加压的)，可以通过歧管导管516输送并进入供应孔54和横向孔56，以便将轮胎胎圈安置到相应的边缘中并对待测轮胎加压。一旦轮胎的充气完成，空气连接器520就从连接配件504脱离，并且轮胎通过连接配件的关闭而保持加压。空气连接器520从连接配件504的脱离不会导致凸缘表面556与锥形部52接触。

在锁定轴旋转期间，锥形部52不再与凸缘内表面556处于接触关系，尽管紧邻凸缘内表面。这样，空气系统500不会在动态平衡器10的任何旋转部分上施加机械力或其他力。在平衡测试完成后，空气连接器重新接合到连接配件504，以便将轮胎内的空气释放到周围环境。接下来，在适当的时间，致动器杆568被提升，使得凸缘内表面556接合锥形表面52并将锁定轴提升到夹持组件之外。

现在参考图3A和图4-8，可以看出夹持组件32包括下边缘86，在大多数实施例中，下边缘86基本上是上边缘78的镜像。下边缘86提供多个沿直径向内的台阶88，台阶88与上边缘的台阶86匹配，以匹配可由动态平衡器测试的各种轮胎的各种胎圈直径。内凸缘90可以通过紧固件连接到边缘86并从边缘86径向向内延伸，并提供轴开口92，锁定轴50延伸穿过轴开口92以接收锁定轴50。上保持器96固定到内凸缘90的下侧或形成为内凸缘90的下侧的一部分。上保持器96的下侧提供多个T形腔97A-D，其中腔97的数量对应于轴侧63的数量。每个腔97可提供一对相对的底切T形脊98。对应的上T形件99可滑动地容纳在T形腔97中，并且以90度增量或取决于轴侧63的数量的其他适当的角度增量，其中每个T形件99具有后缀AD，其对应于锁定轴50的侧面的数量，锁定轴50提供轴齿64A-D。每个T形件99具有向外延伸的侧轨100，侧轨100限定相应的侧槽101。并且每个T形件具有穿过其延伸的开口102。并且每个相应腔97的T形脊98可滑动地容纳在侧槽101中。因此，每个上T形件99可沿上保持器的下侧线性移动。实际上，每个上部T形件可相对于锁定轴径向移动。

如图3A和图4-8最佳所示的，每个上T形件99连接到相应的楔形爪103A-D，楔形爪103A-D具有爪主体104A-D，爪主体104A-D通过容纳在开口102中的紧固件107连接到上T形件99。每个爪主体104在其顶端具有T形表面105，其中一对相对的T形脊106可以从T形表面105的侧面延伸。这样，脊106防止上T形件99相对于爪主体104的侧向移动。爪主体104还提供多个爪齿108A-D，爪齿108A-D配合到由轴齿64A-D提供的相应间隙66A-D中。换句话说，爪齿108A-D在它们之间提供间隙109，间隙109接收相应的轴齿64。在轴侧63A-D接合楔形爪103A-D的情况下，锁定构件30固定到夹持组件32中。在与爪齿108A-D相对或成角度设置的表面上是爪倾斜表面110A-D。每个倾斜表面110可以提供凹入的凹部111，凹部111的尺寸适于容纳靠板112。如图5B中最佳所示，向外延伸的凸出部113从板112的纵向侧延伸，凸出部113和倾斜表面110之间形成间隙。紧固件114可以延伸穿过板112以连接到爪主体104。

最好参见图6-8所示的，楔形套筒117可以以预定数量的段来提供，并且可以连接以可滑动地接收相邻的楔形爪103，以便当锁定轴被接收在夹持组件中时为其提供结构支撑并且还允许其在主轴组件内可滑动地移动，如将所描述的。如图所示，两个形状相似的楔形套筒可以提供并容纳在主轴组件34内，如图3A所示，其中每个楔形套筒117可以与一对楔形爪103相关联。换句话说，楔形套筒117A可以与楔形爪103A和103B相关联，并且楔形套筒117B可以与楔形爪103C和103D相关联。

再次参考图6-8，每个楔形套筒117提供套筒主体118，套筒主体118的形状可以是半圆形的并且尺寸设计成使得两个套筒主体118以将要讨论的方式容纳在主轴组件34中。每个套筒主体118在一侧上提供外半圆形表面119，并且提供与半圆形表面119相对的内侧面向爪表面120。爪表面120构造成接收相应的楔形爪，特别是提供两个楔形爪凹部122，其中每个凹部122可滑动地容纳相应的楔形爪103。楔形爪凹部122包括板斜面123，板斜面123可滑动地接收并抵靠靠板112。边缘斜面124从板斜面123的一侧或两侧延伸，边缘斜面124不像板斜面123那样深凹陷。每个边缘斜面124从板斜面123的两侧延伸，并且可以形成轨道125，轨道125容纳在倾斜表面110和延伸凸出部113之间的间隙中，其中边缘斜面124可以可滑动地支撑并抵靠未被靠板112覆盖的倾斜表面110的侧面。本领域技术人员将理解，斜面123和124的角度对应于倾斜表面110和接收的靠板112的角度。具体地，延伸凸出部113可以容纳在轨道125和板斜面123之间的间隙中，并且还可以抵靠板斜面123。还应当理解，当楔形套筒117在主轴组件内以将要详细讨论的方式移动时，楔形爪103和它们各自连接的上T形件98(上T形件98连接到爪主体104的顶部)也将相对于上保持器96可滑动地移动。

如图1，2，3A，3B，3C和13最佳所示的，主轴组件34在一端连接到夹持组件32，并在相对端连接到无框电机组件40。主轴组件34由外壳24在外部支撑并且可在外壳中旋转，如将讨论的。主轴组件34的主要部件可包括主轴130，主轴130的一端可固定到下边缘86的上保持器96，并且另一端可固定到驱动主轴组件200，驱动主轴组件200是电动组件40的可旋转部件。在主轴130内保持有内套筒132，内套筒132的一端可以连接到楔形套筒117。锁定装置弹簧134可以插在内套筒132和电机组件的一个部件之间，如将讨论的。

如图3A-C最佳所示的，主轴130可以是基本上管状的构造，主轴130包括主轴主体140，主轴主体140具有与内表面144相对的外表面142。延伸通过主轴主体140的是主体开口146，主体开口146接收夹持组件32的至少一部分，夹持组件32可以容纳锁定构件30或可以不容纳锁定构件30。主轴主体140在顶端设置有主轴边缘148，主轴边缘148可通过适当的紧固件连接并固定到上保持器96。外表面142提供有台阶边缘152，台阶边缘152基本上垂直向内延伸到台阶表面154，台阶表面154的直径小于外表面142。在所示的实施例中，间隔管158可以容纳在台阶表面154上并且与台阶表面154接触。本领域技术人员将理解，间隔管158与主轴主体140一起旋转。在台阶边缘152和间隔管158的端部之间设置和捕获的是上轴承160，其中上轴承的外座圈由外壳24的内表面抵靠定位和捕获，并且上轴承的内圈抵靠台阶边缘152和台阶表面154定位。轴承保持器186可紧固到外壳24以将上轴承保持在适当位置并防止污染物进入外壳和主轴组件。以类似的方式，下轴承162的内圈被捕获在间隔管158的另一端和台阶表面154之间，并且轴承162的外圈定位在外壳24的内表面附近。主轴主体140提供有主轴端面166，主轴端面166与主轴边缘148相对并且将外表面142连接到内表面144。

再次参考图1，2和3A，在主轴主体140内可旋转和轴向可滑动的是内套筒132，内套筒132是夹持组件32的一部分。内套筒包括套筒主体170，套筒主体170在一端提供有径向向外延伸的外套环172并在相对端提供有径向向内延伸且基本闭合的轴座174。外套环172固定并紧固到套管主体118的与下边缘86相对定位的一端。在轴座174附近从套管主体170径向向外延伸的是径向边缘178。从外套环172延伸进入套筒主体170的是套筒开口180，套筒开口180的尺寸设计成接收锁定构件，特别是锁定轴50。延伸到轴座174中的是轴孔182，轴孔182可以是内螺纹的，并且轴座位埋头孔183也可以延伸到轴座174中并与轴孔同心对齐。锁定装置弹簧134的一端可以围绕轴座174接收，其中弹簧184的一个边缘可以由径向边缘178的径向延伸表面支撑。

无框电机组件40可以连接到主轴组件34，如图1，2，3A-C和13中最佳所示的。具体地，组件40可以连接到主轴130和外壳24。无框电机组件40通常用于旋转上边缘和下边缘以及连接的轮胎，轮胎通过主轴组件34和夹持组件32连接。组件40提供有电机壳体190，电机壳体190包括径向延伸的壳体边缘192，壳体边缘192可以连接并固定在外壳24的凸缘上。在一些实施例中，电机壳体190可设置有外部径向冷却翅片193，冷却翅片193有助于消散在电机组件的操作期间产生的热量。定子194保持在电机壳体内，定子194通过环氧树脂或其他适当的粘合材料固定到电机壳体190的内表面，其中定子194的外表面和电机壳体的内表面中的任一个或两个可以成凹槽或以其他方式修改以便于两个部件之间的牢固粘合连接。另外，环氧树脂可以填充到多个横向延伸的管塞195中。在大多数实施例中，管塞195可以是填充有导热环氧树脂的横向孔，横向孔有助于将热量从电机组件内部传递到外部环境。

如图1，3B，3C和13最佳所示的，在壳体边缘192附近并且横向地延伸穿过壳的是至少一个排放口196，排放口196可以相对于边缘定向并向下倾斜。在一些实施例中，多个排放端口可以以基本相等的增量围绕壳体边缘间隔开。定位在电机壳体中并且在主轴组件下方的是环形和截头圆锥形的偏转器护罩199，其中护罩的外边缘基本上与至少一个排放口196对齐。来自主轴组件或夹持组件的任何润滑油或其他流体可以沉积在护罩上并穿过端口，以防止它们进入电机组件中。与定子194可操作地相关联的是通常由标号200表示的驱动主轴组件。

再次参考1，2，3A-C和13，驱动轴组件200包括转子204，当电流施加到定子时，转子204如本领域所公知的那样旋转。下主轴208固定在转子204的内部和/或边缘表面上。下主轴208包括下主轴主体210，下主轴主体210具有与内表面214相对的外表面212。延伸穿过下主轴主体210是由内表面214限定的轴开口216。如图中明确显示的，转子204紧邻定子194的内表面但不与定子194的内表面接触。主体210还可提供径向转子法兰220。径向转子法兰220从外表面212径向延伸，其中紧固件222可用于将径向转子凸缘220连接到转子204的一端。从下主轴主体210轴向和径向延伸的是主轴凸缘228。主轴凸缘228接收紧固件230，紧固件230将凸缘连接到主轴主体140的主轴端面166，其中下主轴主体210和主轴主体140一起形成主轴130。支撑环231也可以通过紧固件230固定到凸缘228上，以支撑下轴承162的内圈。因此，当转子204旋转时，驱动轴组件200与主轴130一起旋转，主轴130又旋转下边缘86和锁定轴50，当被接收在夹持组件32中时，其同时也使上边缘旋转。主轴凸缘228提供凸缘表面234，凸缘表面234在一端支撑锁定装置弹簧134，其中弹簧的另一端由内套筒132的径向边缘178支撑。

通常由数字250表示的主轴通过下主轴主体210的轴开口216接收，如图1，2，3A-C，9和13所示。如将进行的描述将理解的是，下主轴主体210与主轴250一起旋转并且由至少两个轴承252支撑，轴承252定位在下主轴主体的内表面214的相应端部处。在适当的时候，主轴250可在下主轴主体内轴向移动。因此，本领域技术人员将理解，主轴250用于支撑下主轴主体和转子204的旋转。主轴250提供有具有轴末端256的套筒端254，轴末端256可以是外螺纹的并延伸到内套筒132的轴孔182中，并且其中轴250的一部分可以延伸到埋头孔183中。因此，主轴固定地连接到内套筒132上，使得主轴的轴向和旋转运动导致内套筒132和连接的楔形套筒117的相应的轴向和旋转运动。并且还应当理解，主轴250可以在锁定装置弹簧134内轴向移动，在所示的实施例中锁定装置弹簧134是螺旋弹簧，尽管可以采用其他偏压装置。

如图1，2，3A-C和9-13最佳所示的，主轴250的相对端包括帽端260，帽尖262从帽端262轴向延伸，帽尖262可提供外螺纹表面264。螺纹表面264可接收轴帽268。六角螺母272可用于将轴帽固定到主轴的帽尖262上。

编码器组件42位于无框电机组件和弹簧偏压的返回缸46之间，如图1，2，3A-C和9-13所示的。编码器组件42包括安装板280，安装板280从电机壳体190延伸并连接到电机壳体190，其中板开口282穿过安装板280延伸以允许主轴250穿过。安装板280可以提供至少一个板凹口283。组件42还可以包括编码器环支座291，编码器环支座291提供管状主体292，其中主轴250穿过管状主体292延伸。环形支座291可包括主轴端294，主轴端294连接到驱动主轴组件200并且具体地连接到转子204和/或下主轴主体210。主轴端294的对面是安装端296。编码器环290固定到安装端296并且因此轴向地远离安装板280延伸。因此，主轴组件并且特别是转子204的旋转导致编码器环支座291和编码器环290的相应旋转。圆柱形安装座286也可以是编码器组件42的一部分。圆柱形安装座286可以提供安装主体288，安装主体288具有穿过其的开口以容纳轴250。安装凸缘289从主体288的一端径向延伸，其中紧固件用于将安装座286固定到安装板280。

图9和图10中最佳显示的，传感器支架通常用数字300，传感器支架300与编码器环290并列布置，其中传感器支架保持读头302，读头302与板凹口283对齐并且通过监测编码器环290的旋转位置来检测转子和主轴组件的旋转位置。

图9和10中最佳显示的，锁定杆304用于将读头302在安装板280上的位置可移动地保持在相对于编码器环290的所需位置。这通过使用调节机构306来实现，调节机构306可包括调节杆308，调节杆308可以滑动地接收在板凹口283中。调节旋钮310具有可延伸到调节杆308中的轴，调节旋钮310移动调节杆以使读头302相对于编码器环290正确定位。调节旋钮310延伸穿过板311，板311固定到安装板280的径向边缘。一旦设定了读头的位置，锁定杆304就将调节杆308保持就位。本领域技术人员将理解，传感器安装座是可移除的，以允许更换，调整和/或维护读头302，而无需完全拆卸平衡器20的任何其他部分。

在检测到编码器环运动时由读头302产生适当的位置信号，并将位置信号传送到控制系统(未示出)，该控制系统在主轴旋转期间协调或关联轮胎的旋转位置。该信息连同在由主轴组件旋转轮胎期间获得的其他传感器信息被用于确定被测轮胎的径向平衡位置。换句话说，利用从测力传感器和编码器产生的数据，可以获得轮胎的重点或光点的旋转角位移的位置。

在图9和11-13中最佳所示的，弹簧偏压的返回缸46可以由圆柱形安装座286承载或安装到圆柱形安装座286并围绕主轴250的一端，但是并不接触主轴。缸46包括主缸320，主缸320具有穿过其的轴开口322。从主缸320延伸的是外部径向凸缘324，外部径向凸缘324在一侧提供弹簧表面326并在相对侧提供凸缘表面327。主缸320还包括盖表面329，盖表面329连接主缸的内表面和外表面并且面向轴帽268。环形地围绕主缸320的是外缸330，外缸330具有缸壁332，内部径向凸缘336从缸壁332径向向内延伸，在默认状态下内部径向凸缘336定位在凸缘表面327附近，并且在一些实施例中内部径向凸缘336与凸缘表面327接触。同样从缸壁332径向向内延伸的是向内弹簧凸缘333。安装支架340从外缸330轴向延伸，安装支架340在缸壁332和内部径向凸缘336之间延伸，并且安装支架340通过紧固件或其他方式固定到安装主体288。此外，内部径向凸缘具有凸缘密封表面342，凸缘密封表面342围绕主缸320的外表面343密封。主缸320和外缸330一起在主缸320的外表面和外缸330的内表面以及弹簧表面326和向内弹簧凸缘333之间形成环形弹簧腔344。多个紧固件346轴向延伸穿过缸壁332并将安装支架340连接到内部径向凸缘336和安装主体288的下边缘。圆柱形弹簧350设置在环形弹簧腔344内，弹簧350偏压在外缸和主缸之间，特别是偏压在弹簧表面326和向内弹簧凸缘333之间。

如图9中最佳所示，延伸穿过主缸壁的是端口334，通过端口334可以输送加压空气。如图9，11和12最佳所示，端口在内部径向凸缘336和相邻的凸缘表面327之间输送加压空气。内部径向凸缘336，凸缘表面327，主缸320的外表面和外缸330的内表面形成环形腔337，环形腔337接收通过端口334输送的加压空气。通过该端口输送空气并进入腔337中使得主缸的外部径向凸缘324从默认位置移动并压缩圆柱形弹簧350，圆柱形弹簧350又轴向地驱动帽表面329远离电机壳体。表面329接合并移动轴帽268，轴帽268又使主轴250轴向远离电机组件移动，以便将主轴移动到释放位置。从腔337释放空气允许弹簧膨胀并因此移除帽表面329的远离轴帽268的驱动力。这使主轴返回其正常的默认位置。本领域技术人员将理解，返回缸仅向主轴250和动态平衡器施加力以使夹持组件32与锁定轴50脱离，这允许从平衡器移除轮胎。在主轴组件旋转期间，返回缸并不施加任何力。结果，在轮胎平衡操作期间，返回缸不会给平衡器20施加额外的力。

现在参照图14，可以看出，控制系统通常用数字400表示，并用于操作动态平衡器20，这示意性地示出。但是，还应该参考所有其他附图和上面的描述。控制系统400包括控制器404，控制器404提供必要的硬件，软件和存储器以控制平衡器的各种部件并便于其操作。控制器404接收输入信号并将输出信号发送到平衡器20的各个部件，以便控制和协调它们的特定操作。加压空气供应406连接到返回缸46，其中加压空气用于操作夹持组件32。空气供应406由控制器404通过由大写字母A指定的控制信号控制。

干空气制动机构500可选择性地连接到锁定构件30，以便在适当的时间将锁定轴插入夹持组件中以捕获轮胎并运行平衡测试，并在平衡测试完成后撤回锁定构件。机构500由控制器404通过大写字母B指定的控制信号控制。加压空气供应410通过机构500连接到锁定构件，以便在轮胎捕获上边缘和下边缘之间时将加压空气输送到轮胎中。加压空气供应410由控制器经由通常由大写字母C指定的控制信号操作地控制。在平衡操作完成之后，轮胎被放气并且空气通过机构500排出，如上所述的。

电源412连接到电机组件40，以便向电机组件40输送电能，这使转子和主轴部件以适当的时间和速度旋转。控制器404向由大写字母D指定的电源发送和接收控制信号。

转子和主轴部件的旋转由编码器组件42检测，特别是由读头302检测。控制器404接收由读头产生的位置信号，读头由大写字母E表示。

可以采用至少一个测力传感器420，并且在所示的实施例中，可以采用四个测力传感器，测力传感器420位于外壳24的外圆周周围，其中测力传感器与框架22处于操作关系并通过控制信号F与控制器404通信。测力传感器检测由旋转轮胎产生的力，该力用于确定轮胎是否失衡，如果是，则确定轮胎上的不平衡状态的程度和位置。一旦平衡器的操作完成，可以确定轮胎的失衡位置，并且控制器404结合读头302产生的位置信号将操作标记系统424以在轮胎侧壁上标记适当的点，以指示轮胎的位置和平衡状态。标记系统424通过大写字母G指定的信号控制。

在操作中，参考图14，平衡器在图1和11中以锁定的默认状态示出，并在图121和13中以解锁状态示出。在默认状态下，锁定构件30被接收在夹持组件32内并被锁定就位，使得没有外力可以将锁定构件与夹持组件分离。为了操作平衡器，控制器404将向空气供应406发送信号，于是加压空气被输送到弹簧偏压的返回缸46。该加压空气使主缸压缸弹簧350使得帽表面329与轴帽268接合，这又使主轴250轴向移动通过下主轴208。这种轴向移动使得连接到主轴上的内套筒132轴向移动以便压缩锁定装置弹簧134。这种轴向移动然后又使内套筒132使楔形套筒117在主轴主体140内轴向移动。楔形套筒的这种轴向运动导致楔形爪103向外径向移动，进而导致上T形件99向外径向移动，如图8所示。结果是，爪齿108从轴齿64脱离，其中爪齿先前接收在相应的间隙66中(见图8)。这种脱离允许锁定轴通过如上所述的机构500从夹持组件轴向移除。空气连接器520和连接配件504重新接合以使轮胎放气。接下来，线性致动器564缩回，这使得凸缘内表面556接合并提升锥形部52，从而将锁定轴50提升出夹持组件。

该轴向移除将上边缘与下边缘分开，使得上边缘与下边缘之间接收的任何轮胎可以移动到下一个制造站并且允许由平衡器接收下一个待测轮胎。一旦下一轮胎初步定位在两个边缘之间，控制器404将通过编码器组件确定锁定构件和夹持组件的角度定向-这显示夹持组件，主轴组件和电机组件的角位置。控制器404然后通过电机组件调节主轴组件的位置，使得无论何时接收到锁定构件，都能够获得原始位置。这确保了动态平衡器测试结果的一致性。接下来，控制器启动机构500以允许致动器杆568逐渐降低歧管512和空气连接器520。结果，以可控的方式，空气连接器520与连接配件504配合，并且锁定轴50在夹持组件内降低到适当位置。换句话说，锁定轴降低指定距离以捕获轮胎，该轮胎在两个边缘之间具有已知的胎圈宽度。锁定轴同时容纳在夹持组件中，该夹持组件仍处于解锁位置。

接下来，控制器从返回弹簧缸中抽出加压空气，这使得夹持组件将锁定轴固定就位，以便将新轮胎捕获在上边缘和下边缘之间。具体地，从返回弹簧缸中抽出空气允许主轴返回到其默认位置，该默认位置又使夹持组件与锁定构件重新接合。实际上，允许楔形套筒117返回到它们的原始位置，这又使上T形件与轴接合(见图7)。一旦夹紧组件与主轴组件重新接合，控制器指示空气供应使轮胎充气并且还进一步降低内表面556以不再接触锥形部52并使空气连接器520与连接配件504脱离接合，这样，轮胎保持加压。接下来，电源412将电力输送到电机40，电机40然后启动转子和主轴的相关部件的旋转运动。因此，电机组件使转子以所需速度旋转，并且旋转位置由编码器监控。同时，测力传感器420检测由在边缘之间接收的特定轮胎产生的力，并且该信息与编码器提供的旋转位置信息相关。在通过主轴组件完成测试旋转时，控制器确定轮胎是否具有失衡状态，然后指示标记系统424在轮胎上标记适当位置。本领域技术人员将理解，控制器可以向电机40发送精确信号，以便将轮胎正确地定位在标记系统424的标记装置下。在完成标记操作时，重复上述过程以释放轮胎。并将轮胎转移到轮胎的下一个制造操作。

本文公开的平衡器提供了许多不同的优点。首先，锁定构件设置有非圆形横截面，并且在本实施例中具有方形横截面，以便允许锁定构件以特定方向上积极夹持。这允许通过夹持组件将显着的夹持力施加到锁定构件，使得它可以以显着的速度旋转，而不会在平衡器的其他部件上产生过度的振动和/或应力。在本实施例中，可以利用原始位置，使得锁定构件总是以相同的定向容纳在夹持组件内。本领域技术人员将理解，这最小化了锁定组件在以速度旋转时的特征力的确定，以便适应平衡器特有的任何特定力。

本发明的又一个优点是无框电机组件用于旋转主轴组件。这是重要的，因为当主轴组件不通过带机构或其他旋转特征驱动时，由电机组件引入最小的外力，所述其他旋转特征在由测力传感器检测力的过程中施加外力。本发明的又一个优点是采用回气缸，回气缸允许夹持组件与锁定构件积极配合。这通过锁定构件的非圆形横截面以及在夹持组件和锁定构件之间使用形状配合的齿进一步促进，其中这些齿容易彼此接合。电机组件的结构也是有利的，其结构是利用散热片和导热环氧树脂来消散电机产生的热量，从而允许施加更高的功率，从而使转子组件和主轴组件能够以明显高于其他已知动态平衡器的速度旋转。

因此，可以看出，本发明的目的通过上述结构及其使用方法得到满足。虽然根据专利法规，仅详细介绍和描述了最佳模式和优选实施例，但应理解，本发明不限于此或由此限制。因此，为了理解本发明的真实范围和广度，应参考以下权利要求。

Claims (18)

1.一种动态平衡器，包括：

外壳；

主轴组件，所述主轴组件可旋转地安装在所述外壳上；

无框电机组件，所述无框电机组件连接到所述主轴组件的选定部件；和

夹持组件，所述夹持组件接收锁定构件以在将轮胎捕获在夹持组件和锁定构件之间，所述夹持组件和所述锁定构件捕获在所述主轴组件中并由所述无框电机组件旋转。

2.根据权利要求1所述的平衡器，平衡器还包括：

主轴，所述主轴延伸通过所述无框电机，所述主轴的一端轴向移动所述夹持组件，以接合和脱离所述主轴组件中的所述锁定构件。

3.根据权利要求2所述的平衡器，所述无框电机组件包括：

定子，所述定子连接到所述外壳；和

转子，所述转子可旋转地容纳在所述定子内；

所述平衡器还包括：

编码器组件，所述编码器组件包括：

编码器环，所述编码器环连接到所述转子；和

读头，所述保持在固定位置，以检测所述编码器环和所述定子的旋转位置。

4.根据权利要求3所述的平衡器，所述编码器组件还包括：

调节机构，所述调节机构用于相对于所述编码器环选择性地定位所述读头。

5.根据权利要求2所述的平衡器，其中所述无框电机组件包括：

定子，所述定子连接到所述外壳；和

转子，所述转子可旋转地容纳在所述定子内，所述主轴延伸穿过所述转子，所述主轴具有径向延伸的端帽；

所述平衡器还包括：

与所述转子相关联的弹簧偏压的返回缸，所述弹簧偏压的返回缸包括：

主缸，所述主缸具有穿过轴开口，所述主轴穿过所述轴开口，所述轴开口接收所述主轴，所述主缸具有凸缘表面和弹簧表面和帽表面；

外缸，所述外缸连接到所述主缸，所述外缸具有面向所述凸缘表面的内部径向凸缘，和面向所述弹簧表面的向内弹簧凸缘；和

圆柱弹簧，所述圆柱弹簧设置在所述向内弹簧凸缘和所述弹簧表面之间，其中，所述圆柱弹簧的压缩导致所述帽表面与所述径向延伸的帽端接合，以轴向移动所述主轴，从而使所述夹持组件与所述主轴脱离。

6.根据权利要求2所述的平衡器，其特征在于，所述无框电机组件包括：

定子，所述定子连接到所述外壳；和

转子，所述转子可旋转地容纳在所述定子内；

所述主轴组件包括：

主轴，所述主轴具有主轴主体，所述主轴主体具有穿过其的延伸的主体开口，其中所述主轴主体的一端连接到所述夹持组件的下边缘，所述主轴主体的相对端连接到所述转子；

至少一个轴承，所述轴承设置在所述主轴主体和所述外壳之间；

内套筒，所述内套筒容纳在所述主体开口中并连接到所述夹持组件，所述内套筒具有用于容纳所述锁定构件的套筒开口和连接到所述主轴的轴座；和

锁定装置弹簧，所述锁定装置弹簧置于所述轴座和所述转子之间。

7.根据权利要求1所述的平衡器，平衡器还包括：

上边缘，所述锁定构件从所述上边缘轴向延伸，所述锁定构件包括具有多个轴齿的锁定轴；

所述夹持组件具有下边缘和楔形爪，所述下边缘具有内凸缘，所述内凸缘具有穿过其的轴开口，所述轴开口接收所述锁定轴，所述楔形爪具有多个爪齿，其中所述爪齿与所述轴齿啮合以将所述锁定轴保持在适当位置以便与所述主轴组件一起旋转。

8.根据权利要求2所述的平衡器，平衡器还包括：

干式制动空气机构，所述干式制动空气机构可操作地连接到所述锁定构件，以选择性地升高和降低所述锁定构件进出所述夹持组件，并在轮胎捕获时选择性地使轮胎充气和放气。

9.根据权利要求8所述的平衡器，其中所述干式制动空气机构在旋转期间与所述锁定构件和所述主轴组件分离。

10.一种干式制动空气机构，该干式制动空气机构适用于动态平衡器，所述动态平衡器具有锁定轴，所述锁定轴具有穿过其的空气供应孔，以对由动态平衡器接收的轮胎进行充气，所述机构包括：

连接配件，所述连接配件适于容纳在空气供应孔中；

系统壳体，所述系统壳体承载歧管，所述歧管在一端具有空气连接器，所述空气连接器选择性地连接到所述连接配件；和

线性致动器，所述线性致动器连接到所述歧管，以选择性地将所述空气连接器移入到所述连接配件中接合，和脱离与所述连接配件的接合，其中所述空气连接器和所述连接配件在彼此脱离时被密封并且在彼此接合时打开。

11.根据权利要求10所述的机构，还包括：

凸缘，所述凸缘连接到所述歧管以选择性地接合锁定轴，其中所述线性致动器提升所述歧管和所述凸缘以从平衡器撤回锁定轴，并且其中所述线性致动器降低所述歧管使得所述凸缘在动态平衡器使锁定轴旋转期间处于非接触关系。

12.一种夹持组件，该夹持组件用于与锁定轴接合，夹持组件包括：

下边缘，所述下边缘具有穿过其的轴开口以接收锁定轴，所述下边缘具有至少一个T形腔；

至少一个楔形爪，所述至少一个楔形爪能够在所述至少一个T形腔中的相应一个中径向移动，所述至少一个楔形爪具有一个带有爪齿的侧面，当锁定轴接收在轴开口中时，爪齿与锁定轴接合；和

至少一个楔形套筒，所述至少一个楔形套筒可滑动地与所述至少一个楔形爪的相对侧接合，其中所述至少一个楔形套筒的轴向移动使所述至少一个楔形爪移动进入以接合锁定轴，和脱离与锁定轴的接合。

13.根据权利要求12所述的夹持组件，其中所述至少一个楔形套筒驱使所述至少一个楔形爪与所述锁定轴接合并使所述锁定轴旋转。

14.一种弹簧偏压的返回缸，适用于动态平衡器，该动态平衡器具有轴向延伸穿过可旋转的主轴组件的主轴，该弹簧偏压的返回缸包括：

主缸，所述主缸具有穿过其的轴开口，所述轴开口接收主轴，所述主缸具有外部径向凸缘；

外缸，所述外缸围绕所述主缸，所述外缸具有向内弹簧凸缘，

其中所述向内弹簧凸缘面向所述外部径向凸缘并在向内弹簧凸缘和外部径向凸缘之间形成环形弹簧腔，环形弹簧腔容纳圆柱形弹簧，并且其中所述主缸适于轴向移动以轴向移动主轴。

15.根据权利要求14所述的弹簧偏压的返回缸，其中所述外缸具有适于接收加压空气的端口，以便将所述外部径向凸缘从默认位置朝向所述向内弹簧凸缘移动，使得所述主缸将所述主轴移动到释放位置。

16.根据权利要求15所述的弹簧偏压的返回缸，其中所述加压空气的释放允许所述圆柱形弹簧将所述主缸从所述释放位置移动到所述默认位置。

17.一种编码器组件，包括：

电机组件，电机组件具有电机壳体，电机壳体上固定有定子，转子可旋转地容纳在所述定子内；

安装板，安装板固定在所述电机壳体上，所述安装板具有板凹部；

编码器环，编码器环连接到所述转子上，以便与转子一起旋转；和

调节机构，调节机构保持在所述板凹部中并能够带动读头相对于所述编码器环移动。

18.根据权利要求17所述的编码器组件，还包括：

调节杆，调节杆容纳在所述板凹部中，所述调节杆的一端承载所述读头，所述调节杆的另一端连接到调节旋钮，其中所述调节旋钮的旋转相对于所述编码环在位置上调节所述读头；和

锁定杆，所述锁定杆可拆卸地固定在所述安装板上，其中所述锁定杆与所述安装板的紧固将所述调节杆保持在固定位置。

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