JP2011075553A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】一般的な種類のエンコーダの構成を簡素化したものを提供する。
【解決手段】エンコーダはモータのシャフト上に固定できる回転子２８を含み、支承面によりモータの装着面上に固定でき、走査手段を有する固定子を含み、取付け済みの状態において、回転子２８と走査手段とが規定の軸方向距離を有するように、回転子２８がシャフト上に固定されると共に、ハウジング１０が装着面上に固定されており、ハウジング１０の支承面が装着面から規定の距離に対応する軸方向距離だけ離間されている取付け予備位置にて保持されるまでシャフトに押し当てられ、ハウジング１０の取付け予備位置において、回転子２８は、走査手段に載るよう軸方向にもたらされてシャフト上に固定され、固定子のハウジング１０の支承面が装着面に向けて規定の距離だけ移動されること装着面上に固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ又は同種のもののシャフトの回転角に依存する測定値を検出するための、特許請求項１の前文に記載のエンコーダに関する。

エンコーダは、互いに対して回転することのできる２つの物体の回転角を測定するように働き、又は、前記回転角に依存する変数、例えば角速度、角加速度、又は同種のもの等を測定するように働く。最もよくあるエンコーダの応用例は、例えばサーボ駆動用モータでの使用であり、モータハウジングに関するモータのシャフトの回転角が検出される。本発明は、以下で、本応用例に基づいて記載されているが、本応用例に限定されるものではない。従って、「シャフト」及び「モータ」という名称は、互いに対して回転することのできる、及び、それらの相対回転角位置を検出することが意図されている、２つの任意物体を代表するものにすぎない。

エンコーダは、回転子及び固定子を有する。回転子は、回転するように固定されたやり方でシャフトに接続され、固定子は、回転するように固定されたやり方で、モータハウジングに、特にモータの装着面に装着される。固定子は走査手段を担持し、ここで走査手段が回転子の実量器をインクリメンタル又はアブソリュートの方式で走査して、固定子に関する回転子の角度位置が検出される。実量器及び走査手段は、光学的に、磁気的に、誘導的に、又は容量的に具体化することができる。この場合、回転子は特に、シャフト上に同軸に配置された、実量器を担持するディスクとして具体化される。一方で最適な走査信号が得られ、他方で、回転子が固定子に関して自由に回転できるようにするために、固定子の走査手段は、実量器を担持する回転子表面からの規定の軸方向距離のところに配置される。

回転子及び固定子の正確な軸方向整列を確実にするために、回転子を、軸方向及び径方向で固定子内の転がり軸受によって取付けることが知られている。エンコーダ軸とモータ軸との間の整列誤差を補償するために、回転子がシャフト上に弾性的に固定されているか、又は、固定子がモータの装着面上に弾性的に固定されている。

回転子が固定子内の転がり軸受によって取付けられていないおかげで費用効果的である、序論で言及された一般的な種類のエンコーダが更に知られている。エンコーダの回転子及び固定子は、初めは互いに対して自由に移動可能な部品である。エンコーダの取付け中、回転子がモータのシャフト上に固定される一方、固定子はモータの装着面上に固定される。従って、エンコーダをモータに取付ける間、回転子が固定子及び走査手段からの所要の規定の軸方向距離を正確に有するように、シャフト上にある回転子の位置とモータの装着面上にある固定子の位置とを整列させることが必要である。

この目的で、EP 1 895 277 B1は、エンコーダの取付け中、モータのシャフトにエンコーダを押し当てると、エンコーダの固定子がまず取付け予備位置へと進み、ここで取付け予備位置は固定子がモータの装着面からの規定の距離のところで保持されていて、前記距離とは、作動中の回転子と固定子との間の所要の規定の距離に対応するものであることを開示している。固定子がこの取付け予備位置で保持されている一方、エンコーダ内で何にも触れずに置かれている回転子は、走査手段を備えた固定子に載るように、シャフト上で軸方向に変位する。この位置になると、回転子はモータのシャフト上に固定される。その後、固定子は、取付け予備位置から取付け最終位置にされ、ここで取付け最終位置は固定子がモータの装着面上に固定される。この場合、エンコーダの固定子は、規定の軸方向距離だけ移動されることから、回転子に関しても、走査手段と共に前記規定の距離だけ変位する結果、取付け最終位置において、エンコーダの回転子及び固定子は所望の規定の軸方向距離を厳密に有する。この既知のエンコーダの場合、固定子は、取付け予備位置において、同軸の弾性ばねリングにより、モータの装着面から離間するやり方で支持される。固定子を取付け予備位置から取付け最終位置にするには、固定子が、前記弾性ばねリングのばね力に抗してモータの装着面に押し付けられる。

EP 1 895 277 B1

本発明は、序論で述べた一般的な種類のエンコーダの構成を簡素化したものを提供するという目的に基づいている。

この目的は、本発明によれば、特許請求項１の特徴を含むエンコーダによって達成される。

本発明の有利な実施形態は、従属請求項に明記されている。

本発明による前記エンコーダの場合、前記エンコーダの前記固定子は、支承面が前記モータの前記装着面に載っており、前記装着面上に固定されている。前記エンコーダの前記支承面は、前記支承面の平面を越えて突出する肩部を有し、前記肩部の高さは、前記回転子及び前記固定子が前記取付け最終状態において占めねばならない前記規定の軸方向距離に対応している。前記取付け予備位置において、前記エンコーダの前記固定子は、前記固定子の前記支承面と前記モータの前記装着面とが前記所望の軸方向距離を有するよう、前記肩部により前記モータの前記装着面に載っている。前記取付け予備位置において、前記回転子は、前記固定子に載るまで前記シャフト上で軸方向に変位され、この位置になると前記シャフト上に固定される。次に、前記エンコーダの前記固定子がその軸を中心に回転され、これによって、前記突出する肩部が、軸方向に前記モータの前記装着面の凹型受け器に嵌まり込むことのできる角度位置へと進む。その結果、前記エンコーダの前記固定子は、その支承面により前記モータの前記装着面と接触し、前記取付け最終位置へと進むことができる。この取付け最終位置において、前記固定子が前記モータの前記装着面上に固定される。

本発明による前記エンコーダは、回転子と固定子とを軸方向で正確に整列させるために、前記固定子の前記支承面上に段のある肩部を形成しさえすればよいことから、極めて単純かつ費用効果的に構成される。前記エンコーダを前記シャフトに押し当て、前記回転子を前記シャフト上に固定し、前記固定子を前記取付け予備位置から前記取付け最終位置へと回転させ、前記固定子を前記モータの前記装着面上に固定する工程は、例外なく、前記モータの前記シャフトの端部から軸方向にアクセスすることにより実行することができる。従って、空間条件が限定されている場合であっても、前記エンコーダを据付け整列させることが可能である。

本発明を、図面に表す例示的な実施形態に基づいて、以下で、より詳細に説明する。

エンコーダの軸方向斜視断面図。 図１の部分拡大図。 エンコーダの斜視平面図。 エンコーダの下からの斜視図。 図４の拡大細部図。 装着面を備えたモータの斜視図。 エンコーダが据え付けられているモータの図。 エンコーダが取付け予備位置にあるモータの図。 エンコーダが取付け予備位置に据え付けられているモータの軸方向断面図。 図９の拡大細部図。 エンコーダが取付け最終位置にあるモータの図。 エンコーダが取付け最終位置にあるモータの軸方向断面図。 図１２の拡大細部図。

図面に表す例示的な実施形態は、固定子を備えたエンコーダを示す。固定子はハウジング１０を有する。ハウジング１０は、円筒形の外壁１４を備えた円板状の基部１２を含み、上側でカバー１６により封鎖されている。カバー１６は、スクリュー１７によって外壁１４に螺装される。ハウジング１０内には走査手段が設けられており、前記走査手段は、円板状の下方プリント基板１８と、円板状の上方プリント基板２０とを含む。下方プリント基板１８はハウジングの基部１２上に着座しており、上方プリント基板２０は、下方プリント基板１８から軸方向に距離を置いてスペーサリング２２によって保持されている。上方プリント基板２０は、例えば、走査手段の電子部品２４を担持する。部品２４は、ハウジング１０から引き出される接続線（図示せず）に接続されており、接続部はカバーキャップ２６により覆われている。

ハウジング１０の内部には回転子２８が同軸に配置されており、前記回転子は、ハウジング１０内で軸方向及び径方向に遊びを備えて収容されている。回転子２８は、軸方向の溝３２を軸方向で上方の領域に有する中空円筒形のハブスリーブ３０を有し、これによって、弾性的に内向きに曲げることのできる締着顎部３４が形成される。この締着顎部３４の領域において、ハブスリーブ３０は同軸に包囲されている。ハブスリーブ３０上へ、軸方向に平行な締着スクリュー３８によって締着リング３６を軸方向に引き寄せることができ、これによって、締着リング３６は、締着スリーブのやり方で、締着顎部３４を径方向内向きに押圧する。

ハブスリーブ３０は、円板状の回転子ディスク４０を担持しており、回転子ディスク４０は、ハブスリーブ３０の外側で同軸に配置されている。回転子ディスク４０は、軸方向ではプリント基板１８と２０との間でエンコーダ軸に対して垂直な平面内に置かれる。回転子ディスク４０はインクリメント型又はアブソリュート型の実量器を担持しており、インクリメント型又はアブソリュート型の実量器は、プリント基板１８及び２０により担持されて部品２４を有する走査手段により走査され、プリント基板１８及び２０に対する回転子ディスク４０の角度位置に依存する測定値信号を発生させる。実量器及び走査手段は、光学的に、磁気的に、誘導的に、又は容量的に、それ自体知られているやり方で具体化することができる。

図１〜図４に示すような、エンコーダを取付けていない状態のとき、回転子２８の回転子ディスク４０は、ハウジング１０内でプリント基板１８及び２０と共に、固締していない状態で置かれている。しかし、エンコーダの作動中には、回転子ディスク４０は、最適な走査信号を得るために、一方でプリント基板１８及び２０間で自由にかつ非接触式に回転することができねばならず、他方で、プリント基板１８及び２０からの規定の軸方向距離に従っていなければならない。図面では、この規定の軸方向距離は、下方プリント基板１８と回転子ディスク４０との間の距離ｈとして描かれている。この要件は、本発明によれば、以下で説明するやり方で満たされる。

エンコーダは好ましくは、モータ、例えば図６に示すような電気モータに装着される。モータはシャフト４２を有し、シャフト４２は、モータハウジング４４において回転可能な方式で駆動されるように取付けられる。モータハウジング４４は、シャフト４２に関して走行する装着面４６を、シャフト４２に対して垂直な平面内に有する。エンコーダは、その回転子２８によりシャフト４２上へと設置され、シャフト４２上に固定される一方、エンコーダの固定子がモータハウジング４４の装着面４６上に固定される結果、モータハウジング４４に対するシャフト４２の回転をエンコーダが測定する。

モータハウジング４４の装着面４６には受け器４８が組み込まれており、前記受け器は、シャフト４２を円板状に同軸に包囲し、装着面４６の平面に関して大きさＨだけ後退されている。受け器４８は、複数の周方向部位に膨出部５０を有し、膨出部５０において受け器４８はその丸い周縁部にわたって径方向外向きに拡張されている。例示的な実施形態では、互いに１２０°の角度距離のところにある３つの膨出部５０が表されている。更に、装着面４６にねじ穴５２が設けられている。図示する例示的な実施形態では、いずれの場合も、膨出部５０間の中央にある角度距離のところに３つのねじ穴５２が配置されている。

エンコーダの場合、基部１２の外面は固定子の支承面５４として具体化されている。支承面５４は、環状ディスク状に、エンコーダ軸に関して同軸に具体化されている。ハウジング１０の丸い円筒形の外壁１４の外周縁部上では、径方向外向きに湾曲する３つの突出部５６が一体に形成されており、前記突出部は、いずれの場合も例えば互いに対して１２０°の角度でずれている。この突出部５６は、軸方向に平行な方式で連続している穴を有し、この穴に固定スクリュー５８が挿入される。突出部５６内の穴は、半径及び角度ピッチの観点から、装着面４６内のねじ穴５２に対応している。支承面５４は肩部６０を有し、肩部６０は、支承面５４の平面を越えて段のある方式で突出し、支承面５４の平面に対して平面平行な表面を有する。肩部６０は、支承面５４の内周縁部から、環状のディスクの形態で径方向に、モータハウジング４４の装着面４６の受け器４８の内径に対応する外径まで延びている。

肩部６０は、支承面５４の平面を越えて軸方向高さｈで突出しており、前記高さｈは、エンコーダの作動中に回転子ディスク４０と下方プリント基板１８との間に存在しなければならない軸方向距離ｈに対応している。前記高さｈは、受け器４８の深さＨよりも少ない。肩部６０は、その外周縁部上に径方向拡張部６２を有し、前記径方向拡張部は、肩部６０の丸い外周縁部を越えて突出している。拡張部６２は、その角度配置の観点から、モータハウジング４４の装着面４６内の受け器４８の膨出部５０に対応している。図示した例示的な実施形態では、角度距離１２０°のところに３つの拡張部６２が相応に設けられ、図４に最も良好に見ることができるように、前記拡張部６２は、突出部５６間で半分の角度距離のところに配置されている。例として、拡張部６２は、いずれの場合にも、カバー１６を外壁１４に固定するために使用されるスクリュー１７の角度範囲内に配置される。

モータへのエンコーダの取付けは、以下のやり方で行われる。

未取付け状態のとき、回転子２８はエンコーダのハウジング１０内に、固締していない状態で置かれている。この状態のとき、図７に示すように、エンコーダは、その回転子２８により軸方向でモータのシャフト４２に押し当てられることによりモータ上に設置される。エンコーダは、ハウジング１０がモータハウジング４４の装着面４６に載るまで軸方向でシャフト４２に押し当てられる。この場合、支承面５４の肩部６０の拡張部６２が、装着面４６の受け器４８の膨出部５０に対する角度で回転するように、ハウジング１０がシャフト４２の軸を中心に回転される。拡張部６２が受け器４８の外周縁部を越えて径方向に突出していることから、ハウジング１０は、肩部６０の拡張部６２がモータハウジング４４の装着面４６上に着座する。従って、ハウジング１０の支承面５４は、装着面４６から肩部６０の高さである軸方向距離ｈを有する。この取付け予備位置が、図８〜図１０に示されている。

エンコーダのハウジング１０がこの取付け予備位置に位置するとすぐに、回転子ディスク４０が軸方向で固定子の下方プリント基板１８に載るまで、回転子２８がそのハブスリーブ３０及び回転子ディスク４０によりシャフト４２上で軸方向に変位する。回転子２８がこの位置にくると、締着スクリュー３８が緊締され、締着リング３６がシャフト４２上で径方向に締着顎部３４を補強することにより、回転子２８はシャフト４２上でしっかりと締着される。回転子２８がシャフト４２上に固定されるとすぐに、支承面５４の肩部６０の拡張部６２が装着面４６の受け器４８の膨出部５０と一致するまで、エンコーダのハウジング１０がその軸を中心に回転される。この場合、ハウジング１０の固定スクリュー５８も装着面４６のねじ穴５２と一致する。その際、肩部６０は軸方向で受け器４８に嵌まり込むことができ、肩部６０の拡張部６２は軸方向で受け器４８の膨出部５０に嵌まり込む。この場合、ハウジング１０は、従ってエンコーダの固定子は、装着面４６に対して軸方向で肩部６０の高さｈだけ移動する。支承面５４は装着面４６に載ることになる。この取付け最終位置において、ハウジング１０は、固定スクリュー５８がねじ穴５２に螺入されることにより、その支承面５４が装着面４６上に固定される。この取付け最終位置は図１１〜図１３に示されている。

ハウジング１０では、ハウジング１０内に取付けられているエンコーダの固定子のプリント基板１８及び２０も、距離ｈだけ軸方向に移動し、下方プリント基板１８が、シャフト４２上に固定された回転子ディスク４０から所定の規定の軸方向距離ｈを占める結果となる。これによって、エンコーダは、いつでも作動できるやり方でモータ上に取付けられることになる。

１０ ハウジング
１２ 基部
１４ 外壁
１６ カバー
１７ スクリュー
１８ 下方プリント基板
２０ 上方プリント基板
２２ スペーサリング
２４ 電子部品
２６ カバーキャップ
２８ 回転子
３０ ハブスリーブ
３２ 軸方向溝
３４ 締着顎部
３６ 締着リング
３８ 締着スクリュー
４０ 回転子ディスク
４２ シャフト
４４ モータハウジング
４６ 装着面
４８ 受け器
５０ 膨出部
５２ ねじ穴
５４ 支承面
５６ 突出部
５８ 固定スクリュー
６０ 肩部
６２ 拡張部

Claims (8)

1. モータ又は同種のもののシャフト（４２）の回転角に依存する測定値を検出するためのエンコーダであって、
   前記シャフト（４２）上に固定できる回転子（２８）を含み、
   支承面（５４）により前記モータの装着面（４６）上に固定でき、且つ、回転子（２８）と固定子との相対回転位置を検出するための走査手段（１８、２０）を有する固定子を含み、
   取付け済みの状態において、前記回転子（２８）と前記走査手段（１８、２０）とが規定の軸方向距離（ｈ）を有するように、前記回転子（２８）が前記シャフト（４２）上に固定されると共に、前記固定子が前記装着面（４６）上に固定されており、
   取付けの目的で、まず、前記エンコーダは、前記固定子が該固定子の支承面（５４）が前記装着面（４６）から前記規定の距離（ｈ）に対応する軸方向距離だけ離間されている取付け予備位置にて保持されるまで前記シャフト（４２）に押し当てられ、次に、前記固定子の前記取付け予備位置において、前記回転子（２８）は、前記走査手段（１８）に載るよう軸方向にもたらされて前記シャフト（４２）上に固定され、最後に、前記固定子は、該固定子の支承面（５４）が前記装着面（４６）に向けて前記規定の距離（ｈ）だけ移動されることで取付け最終位置へと至り前記装着面（４６）上に固定される、
   エンコーダにおいて、
   前記固定子の前記支承面（５４）が、前記規定の距離（ｈ）の高さだけ前記支承面（５４）の平面を越えて突出する肩部（６０）を有すること、
   前記取付け予備位置において、前記固定子が前記肩部（６０）により前記装着面（４６）に載っていること、及び、
   前記取付け予備位置に対して前記エンコーダの軸を中心に回転した取付け最終位置において、前記肩部（６０）が前記装着面（４６）の凹型受け器（４８）に嵌まり込む結果、前記固定子の前記走査手段（１８、２０）が、前記シャフト（４２）上に固定された前記回転子（２８）に対して前記規定の軸方向距離（ｈ）だけ軸方向に変位されること、
   を特徴とするエンコーダ。
2. 請求項１に記載のエンコーダであって、
   前記受け器（４８）が、前記装着面（４６）の平面に関して、前記支承面（５４）の上方への前記肩部（６０）の高さ（ｈ）よりも大きな大きさ（Ｈ）だけ後退されていることを特徴とするエンコーダ。
3. 請求項１又は２に記載のエンコーダであって、
   前記装着面（４６）の前記受け器（４８）と前記支承面（５４）の前記肩部（６０）とが、円板状に、同じ外周縁部を備えて具体化されていること、
   前記受け器（４８）が、該受け器（４８）の外周縁部上で径方向外向きに延びる膨出部（５０）を有すること、
   前記肩部（６０）が、対応する角度位置において外に向けられた拡張部（６２）を有し、前記肩部（６０）の前記拡張部（６２）が、前記取付け予備位置では前記装着面（４６）上に軸方向に着座し、前記取付け最終位置では前記角度位置にて前記受け器（４８）の前記膨出部（５０）と一致して該受け器に嵌まり込むこと、
   を特徴とするエンコーダ。
4. 請求項３に記載のエンコーダであって、
   いずれの場合にも、前記受け器（４８）の３つの膨出部（５０）と前記肩部（６０）の拡張部（６２）とが設けられ、該膨出部（５０）と該拡張部（６２）とが互いに対して１２０°の角度でずれていることを特徴とするエンコーダ。
5. 請求項３又は４に記載のエンコーダであって、
   前記固定子上に固定スクリュー（５８）が設けられ、該固定スクリュー（５８）を、前記モータハウジング（４４）の前記装着面（４６）内のねじ穴（５２）に螺入することができること、及び、
   前記固定スクリュー（５８）及び前記ねじ穴（５２）が、いずれの場合にも、周方向に角度を成して、それぞれ、前記肩部（６０）の前記拡張部（６２）間及び前記受け器（４８）の前記膨出部（５０）間に配置されること、
   を特徴とするエンコーダ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のエンコーダであって、
   前記回転子（２８）が回転子ディスク（４０）を有し、該回転子ディスク（４０）が、軸方向で前記固定子のプリント基板（１８、２０）の間において回転できるように配置されることを特徴とするエンコーダ。
7. 請求項６に記載のエンコーダであって、
   前記回転子（２８）がハブスリーブ（３０）を有しており、該ハブスリーブ（３０）が前記回転子ディスク（４０）を担持すると共に前記シャフト（４２）上に締着することができることを特徴とするエンコーダ。
8. 請求項７に記載のエンコーダであって、
   前記ハブスリーブ（３０）が、軸方向に溝を付けられると共に、軸方向に平行な締着スクリュー（３８）によって締着することができることを特徴とするエンコーダ。

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