JP2011527423A - 回転トランスデューサー及び回転トランスデューサーの製品シリーズ - Google Patents

Abstract

本発明は、ステーター（１）とローター（２）を備えた回転トランスデューサーに関し、ローター（２）は、軸受（３）を用いて、ステーター（１）に対して相対的に回転可能な形で配置されている。ローター（２）は、シャフト（２．１）を有し、そのシャフト（２．１）には、形状結合器具（２．１１）とコーディングディスク（２．２）が回転しない形で固定されている。ステーター（１）は、コーディングディスク（２．２）を走査する走査機器（１．１１）を備えた本体部分（１．１）と、調整連結部品（１．２）と、筐体（１．３）とを有し、本体部分（１．１）は、調整連結部品（１．２）を介して筐体（１．３）と連結されている。筐体（１．３）は、別の形状結合器具（１．３１）を有し、回転トランスデューサーの動作時に、シャフト（２．１）の形状結合器具（２．１１）と筐体（１．３）の別の形状結合器具（１．３１）の間の所定の相対的な角度位置で、回転トランスデューサーが所定の角度値を出力することができるように、回転トランスデューサーが事前調整されている。更に、本発明は、回転トランスデューサーの製品シリーズに関する。

Description

本発明は、請求項１に基づく、筐体を備えた回転トランスデューサー及び請求項８に基づく回転トランスデューサーの製品シリーズに関する。

回転トランスデューサーは、回転可能な形で軸支された本体部分、特に、シャフトの回転運動を複数回の回転に渡って測定する役割を果たす。その場合、回転運動は、増分方式又は絶対方式により検出される。ラックと歯車又は螺子付スピンドルと組み合わせると、回転トランスデューサーを用いて、直線的な動きも測定することができる。

回転トランスデューサーは、多くの数で、所謂モーターフィードバック機器として使用されており、その用途では、電気駆動部の回転検出に関して得られた位置又は角度情報を発生させる役割を果たしている。例えば、同期モーターでは、供給電圧の投入後の絶対的なローター位置に関する情報が直ちに必要である。そのためには、（相対的な粗い位置情報を提供する）追加の回転検出信号を出力する回転トランスデューサーや、数秒の角度精度で正確な角度位置を直に出力する単巻又は多重巻形態の絶対方式による回転トランスデューサーが適している。

そのような測定器を組み立てる場合、出来る限り一定なモーター電流を実現するためには、電気モーターと回転トランスデューサーのローター位置を互いに適合させなければならない。電気モーターの力の適合が不十分だと、大きなモーター雑音と大きな電力損失を発生させることとなる。

そのために、従来の回転トランスデューサーでは、先ずは直流電流を印加することによって、電気モーターのローター又はシャフトを事前調整位置に設定する。次に、例えば、回転トランスデューサー上のマーク目盛又は基準マーク信号を用いて、回転検出信号を出力する回転トランスデューサーの向きを粗く調整する。そして、回転トランスデューサーのシャフトを電気モーターのシャフトに取り付ける。その後の微調整は、位相角測定器を用いて行われており、位相角測定器が、基準マークとの間隔として、ほぼゼロの値を示すまで、回転トランスデューサーのステーターを回転させている。最後に、そのような位置において、調整連結部品、特に、ステーター連結部品をモーターの筐体と最終的に固定することが可能となっている。

先ずは、絶対方式による回転トランスデューサーの取付を完了する。その後、零点調整によって、電気モーターの事前調整位置を「ゼロ」の値に対応させる。例えば、回転トランスデューサーと接続されたコンピュータにおける、付属ソフトウェアパッケージを含む電子機器が、そのための補助手段としての役割を果たしている。それによって、零点調整を行うことができる。

特許文献１により、回転トランスデューサーのシャフトとモーターのシャフトの間の角度に関する対応付けを可能とするアダプター部品が周知である。その場合でも、微調整のためには、ステーターを回転させて、ステーター連結部をモーターの筐体と最終的に固定しなければならない。

この周知のステーター連結部を備えた装置の欠点は、取付状況毎に個々に現場で微調整を行わなければならないことと、その場合、機械的な調整が難しい調整連結部を現場で固定する必要が頻繁に有ることとである。

例えば、特許文献２に開示されている通り、機械的にコーディングされたローター連結部によって、回転検出信号を供給する回転トランスデューサーの取付の簡略化を実現することができることも知られている。しかし、ローター連結部を用いることによって、常に回転検出信号の精度への悪影響を生じさせている。

ドイツ特許第１９７２９４５２号明細書 国際特許公開第２００８／０３４７６８号明細書

本発明の課題は、簡単な手段で取り付けることが可能であり、比較的高い測定精度を実現可能とする、冒頭で述べた形式の回転トランスデューサーを提示することである。

本課題は、本発明による請求項１の特徴を有する回転トランスデューサー又は請求項８による回転トランスデューサーの製品シリーズの実現によって解決される。

それによると、本発明による回転トランスデューサーは、ステーターとローターを有し、そのローターは、軸受を用いて、ステーターに対して相対的に回転可能な形で配置されている。ローターは、シャフトを有し、そのシャフトには、形状結合器具とコーディングディスクが回転しない形で固定されている。ステーターは、本体部分、調整連結部及び筐体を有する。この場合、本体部分は、コーディングディスクを走査する走査機器を備えており、その結果回転トランスデューサーから、シャフトと筐体の間の相対的な角度位置に応じた角度値を出力することが可能である。更に、本体部分は、半径方向及び軸方向に対して弾力的であるが捩じれに対しては強固な形で、調整連結部を介して筐体と連結されている。更に、筐体は、別の形状結合器具を有し、回転トランスデューサーの動作時に、シャフトの形状結合器具と筐体の別の形状結合器具の間の所定の相対的な角度位置において、回転トランスデューサーが所定の角度値を出力することができるように、回転トランスデューサーが事前調整されているものとする。

即ち、シャフトの形状結合器具が筐体の別の形状結合器具に対して相対的な所定の方向に向けられることによって、回転トランスデューサーは、常に同じ所定の角度値を出力することとなる。この場合、ローターとステーターの間の相対的な回転によって、形状結合器具の向きを設定することができた後において、そのような向きが、所定の相対的な角度位置と称される。

従って、形状結合器具による調整だけで、例えば、回転検出信号に関して、正しく校正した形で回転トランスデューサーを電気モーターに取り付けることが可能となる。そのような所定の角度値は、基準値と呼ぶこともできる。

本発明による改善構成では、コーディングディスクは、絶対方式によるコーディング部を備えており、その結果走査機器によって、コーディングディスクの一回転内の絶対的で一義的な回転位置を検出することができるとともに、回転トランスデューサーから、絶対的な角度値を出力することが可能である。この場合、ステーターが不揮発性メモリを有し、そのメモリ内に、事前調整に対応して、二つの形状結合器具の互いの相対的な角度位置に関する情報を表すデータを保存することが有利な場合もある。

有利には、筐体は、フランジを有し、そのフランジ上に形状結合器具を配置することができる。

本発明の代替実施形態では、筐体の形状結合器具は、アライメントピンとして構成される。

有利には、シャフトの形状結合器具は、軸に関して非対称な部品として構成される。即ち、対象となる部材、例えば、電気モーターのシャフトとの一義的な組合せを保証することができる。シャフトの形状結合器具は、特に、例えば、軸方向に沿った切り込みとして構成された溝を備えることができる。

それに代わって、コーディングディスクは、増分方式によるコーディング部を備えることができる。その場合、特に、調整連結部と本体部分の間の相対的な動きと調整連結部と筐体の間の相対的な動きの一方又は両方によって、形状結合器具の間の相対的な角度位置の事前調整を実施することが可能なように、調整連結部を構成することができる。その目的のためには、調整連結部は、調整連結部を筐体に螺子止めするための縦長の穴を備えることができる。

別の観点において、本発明は、回転トランスデューサーの製品シリーズで構成される。その場合、各回転トランスデューサーの動作時に、シャフトの各形状結合器具と各筐体の各々の別の形状結合器具の間の同じ一つの相対的な角度位置において、回転トランスデューサーが同じ一つの角度値を出力することができるように、製品シリーズの各回転トランスデューサーが事前調整されているものとする。

その場合、個々の事前調整によって、製品シリーズ内の回転トランスデューサーは、事前調整に対応して、二つの形状結合器具の互いに相対的な角度位置に関する情報を表す相異なるデータを各不揮発性メモリに保存することができる。

それに代わって、特に、この製品シリーズが、それぞれ増分方式によるコーディング部を備えたコーディングディスクを有する回転トランスデューサーで構成される場合には、回転トランスデューサーは、それぞれコーディングディスクに対して相対的に同じ角度方向に向けられたシャフトの形状結合器具を備えることができる。

基本的に、この製品シリーズは、ここで開示された回転トランスデューサーの特徴の中の一つ以上を有する回転トランスデューサーで構成することができる。

本発明の追加の有利な実施形態は、従属請求項から読み取ることができる。

本発明の更なる特徴及び利点は、以下における図面に基づく実施例の説明によって明らかとなる。

回転トランスデューサーの部分断面の斜視図 回転トランスデューサーの縦断面図 回転トランスデューサーの横断面図

図１〜３に図示された回転トランスデューサーは、ステーター１、ローター２及び軸受３から構成される。この場合、ローター２は、軸受３を用いて、ステーター１に対して相対的に軸Ａの周りを回転可能な形で配置されている。ここで述べる実施例では、回転トランスデューサーは、その回転トランスデューサーがフランジを介して連結された電気モーターに関する回転検出信号を発生させる役割を果たす。

ステーターは、その内部に置かれた形の本体部分１．１を有し、その本体部分には、特に、走査機器１．１１が固定されている。走査機器１．１１は、検出器、例えば、光検出器を備えた回路基板を有する。更に、回路基板上には、検出器から供給された走査信号の信号処理、例えば、増幅及びデジタル化のための電子部品が配置されている。特に、回路基板上には、不揮発性メモリを有する電子部品も搭載されている。

本体部分１．１の周りには、キャップ形状の筐体１．３が配置されており、その筐体は、外部からの影響に対して密閉した形で、回転トランスデューサーの内部に有る部品を閉じ込めている。そのような回転トランスデューサーは、多くの場合比較的厳しい工場環境で使用され、そのため、それに相応しい筐体１．３が回転トランスデューサーの内部空間を密閉して取り囲むことが重要である。筐体１．３又は筐体１．３のフランジ１．３２には、形状結合器具としての役割を果たすアライメントピン１．３１が配置されている。本体部分１．１は、調整連結部１．２によって、軸方向及び半径方向に対して弾力的な形で筐体１．３と連結されている。それにも関わらず、調整連結部１．２は、それが円周方向に対して強固であるように構成されている。更に、調整連結部１．２は、筐体１．３と螺子止めするための穴を有する。回転トランスデューサーを電圧供給部及び後続の電子機器と電気的に接続するために、筐体１．３には、電気接続部１．４が設けられている。更に、この電気接続部１．４を介して、温度信号が後続の電子機器に転送される。相応の温度センサー、例えば、抵抗温度計は、電気モーター内に設置されており、発生した温度信号は、ステーター１を通して配線されたケーブル１．５を用いて伝送される。

ローター２には、モーターのシャフト４と連結するためのシャフト２．１が配備されている。シャフト２．１とモーターのシャフト４の両方は、それぞれシャフト２．１又はモーターのシャフト４と回転しない形で連結される形状結合器具２．１１，４．１を有する。更に、シャフト２．１には、コーディングディスク２．２が回転しない形で固定されている。即ち、コーディングディスク２．２は、軸Ａの周りを回転することが可能であり、図示した例では、走査機器１．１１によって、光電方式で走査される。この実施例では、コーディングディスク２．２は、絶対方式によるコーディング部を備えており、その結果走査機器１．１１によって、コーディングディスク２．２の一回転内における絶対的で一義的な角度位置が検出される。

回転トランスデューサーの製造業者において、先ずはアライメントピン１．３１をフランジ１．３２の対応する穴に押し込む。同様に、プレスばめによって、形状結合器具としての形状結合部品２．１１とシャフト２．１の間の回転しない形での連結が行われる。形状結合部品２．１１、ここでは精密に製作された金属部品は、二つの異なる幅の溝２．１１１，２．１１２を有し、その結果この部品は、軸Ａに関して非対称な形、即ち、軸Ａ上の一点に対して点対称でない形で構成されている。

事前調整のために、先ずは回転トランスデューサーのフランジ１．３２を補助装置に取り付ける。この場合、補助装置は、一つの穴を有し、その穴には、アライメントピン１．３１が、遊びの無い形で押し込まれる。次に、遊びの無い形で調整装置を溝２．１１１，２．１１２に嵌め込み、その結果調整装置は、シャフト２．１の回転運動を引き起こすことができる。この段階において、回転トランスデューサーと補助装置の正しい角度での取付が保証される。

その後、電子機器とのケーブルを電気接続部１．４と接続する。その電子機器を用いて、走査ユニット１．１で検出した絶対的な角度情報を読み出すことができる。

そして、形状結合部品２．１１とアライメントピン１．３１の間の所定の相対的な角度位置が得られるまで、調整装置を回転させる。例えば、溝２．１１１，２．１１２の半径方向の対称軸がアライメントピン１．３１の中心と交差する位置に到達するまで行われる。製造業者において、例えば、±０．２５°の範囲で、非常に正確に設定することができる、そのような位置において、絶対的な角度位置が決定されるとともに、場合によっては、それに対応する角度値が、電気接続部１．４を介して回転トランスデューサーから出力されることとなる。形状結合部品２．１１とアライメントピン１．３１の間の互いの相対的な角度位置に関する情報を表す、そのようなデータは、基準値として、不揮発性メモリ内に保存されて、回転トランスデューサーのその後の動作時に考慮される。一つの製品シリーズの全ての回転トランスデューサーは、この同じ方法で校正される。一つの製品シリーズ内の各回転トランスデューサーには、製造誤差が有るため、各回転トランスデューサーでの個々の事前調整後に、それぞれ相異なるデータを各不揮発性メモリ内に保存することができる。

現場で回転トランスデューサーを取り付ける場合、電気モーターの筐体内の事前に用意された対応する正確な穴にアライメントピン１．３１を押し込む。同時に、螺子２．３を用いて、シャフト２．１上の形状結合器具２．１１をモーターのシャフト４上の形状結合器具４．１に螺子込む。前記の非対称な実施形態によって、シャフト２．１とモーターのシャフト４は、所定の角度位置でのみ互いに係合することができる。そして、組み立てた状態では、形状結合器具２．１１と形状結合器具４．１は、遊びの無い形で互いに係合し合うこととなる。そのような螺子止めによって、シャフト２．１とモーターのシャフト４の間の強固な連結が実現される。即ち、回転トランスデューサーを電気モーターに取り付けた場合、最早回転トランスデューサーの調整を行う必要はない。

回転トランスデューサーの動作時において、常に所定の角度位置で、ここでは、例えば、溝２．１１１，２．１１２の半径方向の対称軸がアライメントピン１．３１の中心と交差する位置で、基準値が後続の電子機器に出力され、その結果電気モーターの非常に正確な回転の検出が実現されることが保証されることとなる。

別の利点として、全ての回転トランスデューサーは、それらの不揮発性メモリ内に相応に校正された位置を保存しているので、同じ製品シリーズの回転トランスデューサーは、現場での調整措置無しで任意に交換することができる。

Claims (9)

1. ステーター（１）とローター（２）を備えた回転トランスデューサーであって、
   ローター（２）は、軸受（３）を用いて、ステーター（１）に対して相対的に回転可能な形で配置されており、
   ローター（２）は、シャフト（２．１）を有し、そのシャフト（２．１）には、形状結合器具（２．１１）とコーディングディスク（２．２）が回転しない形で固定されており、
   ステーター（１）は、コーディングディスク（２．２）を走査する走査機器（１．１１）を備えた本体部分（１．１）と、調整連結部品（１．２）と、筐体（１．３）とを有し、
   本体部分（１．１）は、半径方向及び軸方向に対して弾力的であるが捩じれに対しては強固な形で、調整連結部品（１．２）を介して筐体（１．３）と連結されている回転トランスデューサーにおいて、
   筐体（１．３）は、別の形状結合器具（１．３１）を有し、
   回転トランスデューサーの動作時に、シャフト（２．１）の形状結合器具（２．１１）と筐体（１．３）の別の形状結合器具（１．３１）の間の所定の相対的な角度位置で、回転トランスデューサーが所定の角度値を出力することができるように、回転トランスデューサーが事前調整されていることを特徴とする回転トランスデューサー。
2. コーディングディスク（２．２）は、絶対方式によるコーディング部を備えており、その結果走査機器（１．１１）によって、コーディングディスク（２．２）の一回転内における絶対的で一義的な角度位置を検出することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の回転トランスデューサー。
3. ステーター（１）は、不揮発性メモリを有し、そのメモリ内には、当該の事前調整に対応して、二つの形状結合器具（１．３１；２．１１）の互いの相対的な角度位置に関する情報を表すデータが保存されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転トランスデューサー。
4. 筐体（１．３）は、フランジ（１．３２）を有し、そのフランジ（１．３２）上に、形状結合器具（１．３１）が配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の回転トランスデューサー。
5. 筐体（１．３）の形状結合器具（１．３１）が、アライメントピンとして構成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の回転トランスデューサー。
6. シャフト（２．１）の形状結合器具（２．１１）が、軸（Ａ）に関して非対称な部品として構成されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の回転トランスデューサー。
7. 形状結合器具（１．３１；２．１１）の間の相対的な角度位置の事前調整が、調整連結部品（１．２）と本体部分（１．１）の間の相対的な動きと調整連結部品（１．２）と筐体（１．３）の間の相対的な動きの一方又は両方によって行うことができるように、調整連結部品（１．２）が構成されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の回転トランスデューサー。
8. 回転トランスデューサーの製品シリーズであって、
   その製品シリーズの各回転トランスデューサーは、ステーター（１）とローター（２）を備えており、
   各ローター（２）は、軸受（３）を用いて、ステーター（１）に対して相対的に回転可能な形で配置されており、
   各ローター（２）は、シャフト（２．１）を有し、そのシャフト（２．１）には、形状結合器具（２．１１）とコーディングディスク（２．２）が回転しない形で固定されており、
   各ステーター（１）は、コーディングディスク（２．２）を走査する走査機器（１．１１）を備えた本体部分（１．１）と、調整連結部品（１．２）と、筐体（１．３）とを有し、
   本体部分（１．１）は、半径方向及び軸方向に対して弾力的であるが捩じれに対しては強固な形で、調整連結部品（１．２）を介して筐体（１．３）と連結されている回転トランスデューサーの製品シリーズにおいて、
   筐体（１．３）は、別の形状結合器具（１．３１）を有し、
   各回転トランスデューサーの動作時に、シャフト（２．１）の各形状結合器具（２．１１）と各筐体（１．３）の各々の別の形状結合器具（１．３１）の間の同じ一つの相対的な角度位置で、回転トランスデューサーが所定の角度値を出力することができるように、各回転トランスデューサーが事前調整されていることを特徴とする回転トランスデューサーの製品シリーズ。
9. 製品シリーズの各回転トランスデューサーが、請求項２から７までのいずれか一つに記載の通り構成されていることを特徴とする請求項８に記載の回転トランスデューサーの製品シリーズ。

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